definição e implementação de estratégias de melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. ph =...

89
Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria Contínua no Processo Produtivo de Margarinas Ana Lúcia Bulário Morais Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Biológica Orientadores: Prof. Marília Clemente Velez Mateus Prof. Carla Isabel Costa Pinheiro Júri Presidente: Prof. Duarte Miguel de França Teixeira dos Prazeres Orientador: Prof. Marília Clemente Velez Mateus Vogais: Eng. Ana Paula Leal Marques Guedelha Prof. Helena Maria Rodrigues Vasconcelos Pinheiro Julho de 2014

Upload: others

Post on 09-Nov-2020

4 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria Contínua no Processo Produtivo de Margarinas

Ana Lúcia Bulário Morais

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Biológica

Orientadores: Prof. Marília Clemente Velez Mateus

Prof. Carla Isabel Costa Pinheiro

Júri

Presidente: Prof. Duarte Miguel de França Teixeira dos Prazeres

Orientador: Prof. Marília Clemente Velez Mateus

Vogais: Eng. Ana Paula Leal Marques Guedelha

Prof. Helena Maria Rodrigues Vasconcelos Pinheiro

Julho de 2014

Page 2: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Dedicado ao Jorge.

Sem ti, nada seria possível!

Page 3: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

AGRADECIMENTOS

Durante o decorrer do estágio e a elaboração da dissertação foram várias as pessoas que se

destacaram e às quais agradeço.

À professora Marília Mateus e à professora Carla Pinheiro pelo acompanhamento, compreensão e

sugestões de melhoria no meu trabalho.

À engenheira Ana Paula Guedelha pela disponibilidade para acompanhar o meu trabalho na área de

produção da FIMA.

Ao engenheiro Bruno Custódio e ao Vítor Procópio, que se tornaram meus amigos, por me fazerem

sentir incluída no grupo de trabalho e por toda ajuda prestada na área de produção e laboratório.

Aos colaboradores da FIMA no geral pelo acolhimento e nomeadamente ao senhor Mário Pires, ao

Jorge Cardoso e ao Nuno Alão por me explicarem detalhadamente as partes técnicas do processo de

produção de margarina e pelo esclarecimento de dúvidas.

À minha família, principalmente pais, irmão, cunhada e sobrinho pela compreensão ao longo do meu

percurso académico.

Ao Francisco Jacinto pela companhia e ânimo durante a escrita deste trabalho.

Um especial agradecimento ao meu namorado por ter acompanhado o meu trabalho e estar presente

em todos os momentos mais importantes e mais difíceis dos últimos 10 anos.

Obrigada a todos!

i

Page 4: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

RESUMO O objectivo desta dissertação foi definir e implementar estratégias para o processo produtivo de

margarinas na FIMA. A definição foi feita tendo em conta as necessidades da FIMA e incidiram em

três áreas distintas: qualidade aparente avaliada pelos Consumer/Customer Relevant Quality

Standards (CRQS), previsão do pH das fases aquosas e aproveitamento de excedentes de fases

aquosas.

Os documentos CRQS foram traduzidos e actualizados para que a qualidade aparente dos produtos

seja avaliada de acordo com os mais recentes padrões da Unilever. Foi ainda criado um template e

uma instrução de trabalho para facilitar actualizações futuras. Finalmente foi efectuada uma acção de

formação para que os operadores compreendessem a metodologia dos CRQS e os aplicassem

correctamente.

O pH das fases aquosas foi estudado teoricamente e experimentalmente no sentido de modelar o seu

comportamento. Foram usadas várias estratégias de modelação (análise factorial, regressão linear e

não-linear, ajuste evolucionário) que usam como parâmetros as fracções dos ingredientes. Todos os

modelos foram estudados estatisticamente e seis dos que se mostraram promissores apresentaram

R2 superior a 0,95. Foi criada uma ferramenta de previsão de pH em Excel para uso do departamento

de engenharia.

Por fim, para facilitar o aproveitamento de excedentes de fase aquosa pelos operadores foi

desenvolvida outra ferramenta em Excel para determinar a possibilidade da conversão da fase

aquosa de um batch anterior na de uma nova receita. Esta ferramenta tem em conta as receitas e

factores económicos (custo dos ingredientes) e permite tolerâncias. O calculador informa o operador

das quantidades de cada ingrediente a adicionar e também como dividir os excedentes pelos tanques

de produção.

Palavras-chave: Produção de margarina, processo de melhoria continua, CRQS, modelação de

pH, transformação de fases aquosas.

ii

Page 5: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

ABSTRACT The purpose of this dissertation was to define and implement improvement strategies for the

production process of margarine at FIMA. The definition took into account FIMA needs and focused in

three distinct areas – perceived quality assessed by Consumer/Customer Relevant Quality Standards

(CRQS), aqueous phase pH prediction, and reuse of the leftovers.

The CRQS documents were translated and updated so that the perceived quality of products can be

assessed according to the latest Unilever standards. Furthermore, a document template and update

guide was created to facilitate future updates. Finally, a workshop was conducted to educate workers

on the CRQS methodology and its correct application.

The aqueous phase pH value was studied both theoretically and experimentally in order to model its

behavior. Several modeling strategies were used (factorial analysis, linear and non-linear regression,

and evolutionary fit) taking the ingredient fractions as parameters. All models were statistically

analyzed and six showed promise with R² above 0.95. A pH value prediction tool for the use of the

R&D team was developed in Excel.

Lastly, to facilitate the reuse of aqueous phase leftovers by operations another tool was developed in

Excel to determine the possibility of conversion of an aqueous phase from a previous batch to that of a

new recipe. The tool takes into account the recipes, allowed tolerances and economic factors (i.e. cost

of ingredients). The tool also informs the operator of the quantities of each ingredient to add and also

how to divide the leftover across production tanks.

Keywords: Margarine production, continuous improvement process, CRQS, pH modeling,

aqueous phase transformation. iii

Page 6: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

ÍNDICE Capítulo 1 – Enquadramento e Objectivos ............................................................................................. 1

1.1 A FIMA ...................................................................................................................................... 1

1.2 Situação operacional................................................................................................................. 2

1.3 Ponto da situação das acções de melhoria .............................................................................. 4

1.4 Objectivos Gerais ...................................................................................................................... 5

Capítulo 2 – Introdução .......................................................................................................................... 6

2.1 A margarina ............................................................................................................................... 6

2.1.1 Invenção e desenvolvimento ............................................................................................... 6

2.1.2 Processo industrial – FIMA .................................................................................................. 8

2.2 Consumer/Customer Relevant Quality Standards .................................................................. 10

2.2.1 Objectivos e âmbito ........................................................................................................... 11

2.2.2 Definição de padrões e classificação ................................................................................ 12

2.3 Controlo Estatístico de Variáveis Operatórias ........................................................................ 17

2.3.1 Regressão Linear Múltipla ................................................................................................. 17

2.3.2 Variância estimada do erro ................................................................................................ 19

2.3.3 R² e R² ajustado................................................................................................................. 20

2.3.4 Previsão de novas observações ........................................................................................ 20

2.3.5 Análise de resíduos ........................................................................................................... 21

2.3.6 Análise factorial ................................................................................................................. 23

2.4 Interface entre a Gestão e a Produção ................................................................................... 27

Capítulo 3 – Metodologias e Materiais ................................................................................................. 28

3.1 CRQS ...................................................................................................................................... 28

3.1.1 Actualização e Tradução dos Documentos ....................................................................... 28

3.1.2 Formação aos Trabalhadores ........................................................................................... 29

3.2 Modelação do valor de pH dos produtos ................................................................................ 30

3.2.1 Estudo analítico ................................................................................................................. 30

3.2.2 Estudo empírico ................................................................................................................. 31

3.2.3 Construção dos modelos de acidez .................................................................................. 34

3.2.4 Ferramenta de previsão do valor de pH ............................................................................ 35

iv

Page 7: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

3.3 Optimização do aproveitamento de fases............................................................................... 36

3.3.1 Descrição da aplicação ..................................................................................................... 36

Capítulo 4 – Resultados e Discussão ................................................................................................... 37

4.1 CRQS ...................................................................................................................................... 37

4.1.1 Documentação................................................................................................................... 37

4.1.2 Formação ........................................................................................................................... 41

4.2 Estudo e criação de uma ferramenta de previsão de valores de pH ...................................... 43

4.2.1 Modelação empírica .......................................................................................................... 43

4.2.2 Ensaios laboratoriais ......................................................................................................... 47

4.2.3 Testes com programação factorial .................................................................................... 52

4.2.4 Análise dos modelos de acidez ......................................................................................... 55

4.2.5 Calculador de pH ............................................................................................................... 60

4.3 Ferramenta de apoio ao aproveitamento de sobras de fases aquosas ................................. 63

4.3.1 Fluxograma ........................................................................................................................ 64

4.3.2 Interface da Aplicação ....................................................................................................... 65

4.4 Interface da ferramenta de apoio para o acerto da água em fases aquosas ......................... 67

Capítulo 5 – Conclusões e Perspectivas de Trabalho Futuro .............................................................. 69

Capítulo 6 – Referências ...................................................................................................................... 72

Anexo A – Teste usado no workshop ................................................................................................... A.1

Anexo B – Parâmetros dos modelos de pH .......................................................................................... B.1

v

Page 8: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

LISTA DE TABELAS Tabela 2.1 - Análise da variância (ANOVA) na regressão linear múltipla. ........................................... 19 Tabela 2.2 – Exemplo de níveis máximos e mínimos dos factores. ..................................................... 24 Tabela 2.3 – Exemplo de análise factorial completa para 4 factores (adaptado [12]). ......................... 25 Tabela 2.4 – Exemplo da tabela de contrastes [12]. ............................................................................. 25 Tabela 3.1 - Ensaios necessários para testar a influência das proteínas do soro de leite no pH da fase

aquosa. O símbolo *** representa a proporção dos dois ingredientes na receita original. ................... 33 Tabela 3.2 - Níveis escolhidos para aplicação da análise factorial aos ingredientes principais.

Fracções mássicas na fase aquosa. ..................................................................................................... 33 Tabela 3.3 - Combinações completas para os 16 ensaios da análise factorial a 4 factores. ............... 34 Tabela 4.1 - Valores de pH e densidade usados para a água e para as diluições em água dos

principais ingredientes das fases aquosas............................................................................................ 44 Tabela 4.2 – Parâmetros estatísticos da distribuição dos resíduos para a análise teórica usando a

média. .................................................................................................................................................... 45 Tabela 4.3 - Parâmetros estatísticos da distribuição dos resíduos para a análise teórica usando o

ajuste linear do gasto de moles de H+. ................................................................................................. 46 Tabela 4.4 - Rectas de ajuste às séries de pontos correspondentes às variações de pH mantendo a

quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b. ........................................ 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às séries de pontos correspondentes às variações de pH mantendo a

quantidade de ácido cítrico fixa. pH = m*(volume de soro de leite – mL)+b. ........................................ 50 Tabela 4.6 – Valores de pH medidos para as 16 fases aquosas constituintes do estudo da análise

factorial a 4 factores. ............................................................................................................................. 53 Tabela 4.7 - Contrastes e efeitos para a análise factorial completa a 4 factores. ................................ 53 Tabela 4.8 - Gamas de fracções mássicas usadas para cada ingrediente nas modelações. .............. 56 Tabela 4.9 - Dados estatísticos para a modelação linear do pH das fases aquosas, para receitas da

produção (24 amostras), receitas simuladas em laboratório (24 amostras) e combinação de ambas-

misto (48 amostras). Os valores de pH das 48 receitas situam-se entre 2,3 e 6,3. ............................. 56 Tabela 4.10 - Dados estatísticos para a modelação não linear do pH das fases aquosas, para receitas

da produção (24 amostras), receitas simuladas em laboratório (24 amostras) e combinação de

ambas-misto (48 amostras). Os valores de pH das 48 receitas situam-se entre 2,3 e 6,3. ................. 57 Tabela 4.11 - Dados estatísticos para a modelação linear e não linear da [H+] das fases aquosas,

para receitas da produção (24 amostras), receitas simuladas em laboratório (24 amostras) e

combinação de ambas-misto (48 amostras). Os valores de pH das 48 receitas situam-se entre 2,3 e

6,3. ......................................................................................................................................................... 59 Tabela 4.12 - Dados estatísticos para a modelação não linear do pH e da [H+] para o conjunto das 33

receitas (24 da produção e 9 do laboratório) que retratam os pH dentro do intervalo produzido na

FIMA (3,6 a 5,1 – com uma tolerância de 0,1). ..................................................................................... 59 Tabela 4.13 - Intervalos de previsão obtidos no calculador de pH para a receita A (pH=3,8) em cada

um dos 6 modelos mais relevantes. ...................................................................................................... 62

vi

Page 9: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Tabela 4.14 - Intervalos de previsão obtidos no calculador de pH para a receita B (pH=4,4) em cada

um dos 6 modelos mais relevantes. ...................................................................................................... 62

Tabela B.1 – Coeficientes de regressão parciais para os 14 modelos obtidos na previsão do valor de

pH (a). .................................................................................................................................................... B.2 Tabela B.2 – Erros absolutos máximos e mínimos, para os 14 modelos obtidos na previsão do valor

de pH. ................................................................................................................................................... B.3

LISTA DE FIGURAS Figura 1.1 – Vista aérea da Fábrica Imperial de Margarinas, Santa Iria da Azóia [2]. ........................... 1 Figura 1.2 – Tipo de defeito provocado pelas peças móveis das encaixotadoras [3]. ........................... 2 Figura 2.1 – Esquema genérico de produção de margarina [7]. ............................................................. 6 Figura 2.2 – Produção de Margarina e Cremes de Barrar na EU27 (milhões de toneladas) – 2012 [7]. 7 Figura 2.3 – Diagrama geral da refinaria. ................................................................................................ 8 Figura 2.4 – Diagrama de preparação das fases. ................................................................................... 9 Figura 2.5 – Layout do Hall de Produção. ............................................................................................. 10 Figura 2.6 – Itens avaliados pelos CRQS. ............................................................................................ 11 Figura 2.7 – Locais de aplicação de CRQS. ......................................................................................... 12 Figura 2.8 – Níveis de avaliação das unidades de consumo (adaptado [10]) ...................................... 13 Figura 2.9 – Exemplos de formatos de embalagens avaliados pelos CRQS on-pack. (Adaptado) ..... 13 Figura 2.10 – Formato de um problema padrão no documento CRQS (adaptado [10]) ...................... 14 Figura 2.11 – Classificação dos problemas segundo as regras impostas pelos CRQS (adaptado [10])

............................................................................................................................................................... 16 Figura 2.12 – Acções a tomar em função da classificação das amostras (adaptado [10]) .................. 16 Figura 2.13 – Histograma de resíduos (não normalizados) representativo de uma amostra de pequena

dimensão. Não é conclusivo quanto à distribuição. .............................................................................. 22 Figura 2.14 – Normal probability plot obtida dos valores da normal standard. ..................................... 22 Figura 2.15 – Representações gráficas dos resíduos em função dos valores observados (ou variáveis

independentes) e sua classificação. A linha a vermelho representa o valor zero [14] (Traduzido)...... 23 Figura 3.1 – Questionário fornecido aos novos colaboradores durante a visita a uma grande

superfície. .............................................................................................................................................. 30 Figura 4.1 – Página exemplificativa do documento CRQS dos envoltórios. ......................................... 37 Figura 4.2 – Página exemplificativa do documento CRQS dos recipientes de plástico com tampa. ... 38 Figura 4.3 – Defeito real retirado directamente da linha de produção. A máquina estava a cortar

incorrectamente os envoltórios impossibilitando a leitura da informação legal e códigos de barras. .. 39 Figura 4.4 – Defeito simulado. Por impossibilidade de recolher amostra que retractasse o defeito

montagem incorrecta, aquando da elaboração do ensaio fotográfico foi trocada a tampa do produto

por outra que não lhe correspondia. ..................................................................................................... 39

vii

Page 10: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Figura 4.5 – Padrão para um dos produtos incluídos na base de dados. ............................................ 39 Figura 4.6 – Localização dos documentos actualizados na rede interna da Unilever. ......................... 40 Figura 4.7 – Aparência da folha de avaliação das amostras nos computadores das linhas de

produção, com chamada das imagens padrão do produto em análise. ............................................... 41 Figura 4.8 – Método de recolha de amostras para a classificação dos parâmetros CRQS. ................ 41 Figura 4.9 – Exemplo de classificação de três amostras do mesmo produto segundo o código de

cores da Unilever. .................................................................................................................................. 42 Figura 4.10 – Tipos de defeitos encontrados em grandes superfícies. ................................................ 43 Figura 4.11 – Histograma dos resíduos (εi) no valor de pH das fases aquosas (de 24 receitas) com

sobreposição da distribuição normal para a análise teórica usando a média. ..................................... 45 Figura 4.12 – Ajuste de uma recta ao consumo real de moles de H+ em função do número de moles

dos ingredientes. ................................................................................................................................... 46 Figura 4.13 – Histograma dos resíduos (εi) no valor de pH das fases aquosas (de 24 receitas) com

sobreposição da distribuição normal para a análise teórica usando o ajuste linear do gasto de moles

de H+. .................................................................................................................................................... 47 Figura 4.14 – Teste sobre a ordem de adição de ácido e base fortes à pré-mistura “base” em que

primeiro foi adicionado o ácido cítrico e de seguida o sorbato de potássio. ......................................... 48 Figura 4.15 – Teste sobre a ordem de adição de ácido e base fortes à pré-mistura “base” em que

primeiro foi adicionado o sorbato de potássio e de seguida o ácido cítrico. ......................................... 48 Figura 4.16 – Variação do pH com o volume de ácido cítrico a quantidades constantes de soro de

leite. ....................................................................................................................................................... 49 Figura 4.17 – Variação do pH com o volume de soro de leite a quantidades constantes de ácido

cítrico. .................................................................................................................................................... 50 Figura 4.18 – Variação da carga global da β-lactoglobulina com o valor de pH (adaptado [16]). ........ 51 Figura 4.19 – Normal probability plot normalizada para os efeitos das combinações dos 4 factores. . 54 Figura 4.20 – Normal probability plot normalizada para os resíduos após aplicado o modelo da

Equação 4.11. ....................................................................................................................................... 55 Figura 4.21 – Dispersão dos resíduos, εi, obtidos para o modelo apresentado pela análise factorial em

função do pH. ........................................................................................................................................ 55 Figura 4.22 – Exemplo genérico do problema matemático no ajuste de pontos quando é feita uma

transformação de espaço linear para logarítmico. ................................................................................ 58 Figura 4.23 – Interface para o utilizador do calculador de pH. ............................................................. 60 Figura 4.24 – Interface para o utilizador do calculador de pH invertido para o cálculo da percentagem

mássica de ácido cítrico. ....................................................................................................................... 61 Figura 4.25 – Fluxograma da aplicação desenvolvida em Excel para o aproveitamento de fases

aquosas das receitas da FIMA. ............................................................................................................. 64 Figura 4.26 – Interface da aplicação desenvolvida para o aproveitamento de fases aquosas. ........... 66 Figura 4.27 – Exemplos de mensagens informativas para os casos de aproveitamento de sobra

(cima), incompatibilidade de receitas (meio) e não aproveitamento por custos elevados (baixo). ...... 66

viii

Page 11: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Figura 4.28 – Exemplos da tabela de ingredientes a adicionar para o caso de tolerância num

ingrediente (à esquerda) e incompatibilidade de receitas (à direita). ................................................... 67 Figura 4.29 – Exemplo da mensagem exibida ao operador quando existe uma incompatibilidade num

aroma. .................................................................................................................................................... 67 Figura 4.30 – Interface da aplicação desenvolvida para o acerto das quantidades de água. FA – Fase

aquosa. .................................................................................................................................................. 68 Figura 5.1 – Proposta de melhoria dos formulários CRQS. À esquerda está o usado actualmente e à

direita a proposta de alteração. ............................................................................................................. 70

Figura A.1 – Exemplo de teste fornecido a um dos grupos no workshop de CRQS. .......................... A.1

LISTA DE ABREVIATURAS APA Armazém de Produto Acabado

CRQS Consumer/Customer Relevant Quality Standards

EU27 União Europeia (27 países)

FA Fase Aquosa

FIMA Fábrica Imperial de Margarinas

PI Ponto isoeléctrico

SQE Soma dos quadrados do erro

SQR Soma dos quadrados da regressão

SQT Soma dos quadrados total

VBA Visual Basic for Applications

LISTA DE SÍMBOLOS 𝝈�𝟐 Variância estimada

𝒚� Valor estimado da variável dependente

di Resíduo normalizado

R2 Coeficiente de determinação múltiplo

z Valores da distribuição normal standard

α Nível de significância

βj Coeficiente de regressão parcial

ε Erro

μ Média

σ2 Variância

ix

Page 12: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Ф(z) Função de distribuição cumulativa da normal standard

x

Page 13: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Capítulo 1

ENQUADRAMENTO E OBJECTIVOS

O presente trabalho teve por objectivo a melhoria de três etapas no processo industrial de produção

de margarinas e baseia-se num estágio curricular realizado na área de produção da fábrica FIMA –

Produtos Alimentares, S.A, localizada em Santa Iria da Azóia (vide Figura 1.1).

1.1 A FIMA

A FIMA, Produtos Alimentares, S.A., foi inaugurada em 1944 e dedica-se à produção de margarinas e

óleos alimentares [1].

Poucos anos depois, em 1949, a sua actividade expandiu-se com o estabelecimento de uma joint-

venture com a multinacional anglo-holandesa Unilever, parceria esta que se mantém até aos dias de

hoje. Recentemente, em 2007, esta parceria foi fortalecida com a fusão da FimaVG, Bestfoods,

LeverElida e IgloOlá numa única companhia – Unilever Jerónimo Martins. Esta companhia é

actualmente a líder nacional nos mercados de margarinas, gelados, chá e detergentes para roupa.

A unidade de produção da FIMA está sediada em Santa Iria da Azóia, partilhando as suas instalações

com a Olá e a Knorr, do mesmo grupo.

Figura 1.1 – Vista aérea da Fábrica Imperial de Margarinas, Santa Iria da Azóia [2].

1

Page 14: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

1.2 Situação Operacional

A FIMA sendo uma fábrica já com mais de 60 anos de existência apresenta nos seus equipamentos e

instalações o desgaste resultante da passagem do tempo. Instalações e maquinaria apesar de serem

alvos de reparação e manutenção contínuas, informatização das operações e desenvolvimento de

metodologias mais actuais e eficazes, ainda não correspondem ao ideal de uma fábrica moderna.

Nos últimos meses as instalações e equipamentos sofreram alterações significativas de

modernização sendo que estas vão permitir reforçar a produção de margarinas e consequentemente

aumentar o volume de exportações. Até à data todos os tanques de armazenamento foram

substituídos por novos, em aço inox e ainda foi feita a substituição dos pavimentos, anti derrapantes e

de fácil limpeza, de acordo com os padrões para a indústria alimentar.

Contudo, durante o estágio foram detectadas algumas situações sobre as quais se deveria actuar no

sentido de promover a melhoria contínua do processo produtivo.

As recentes melhorias na tecnologia do processo, apesar de causarem um impacto positivo na

produção nem sempre são bem recebidas pelos operadores mais antigos que ainda adoptam

estratégias de repetição de comportamentos. São feitas com alguma frequência acções de formação

no sentido de os fazer adoptar novas metodologias.

Algumas das máquinas de embalar e encaixotar mais antigas (Kustner, Breda) causam defeitos nas

embalagens dos produtos e em caso de mau funcionamento, as peças móveis das máquinas

perfuram as caixas e danificam as embalagens/envoltórios (vide Figura 1.2). Quando isto acontece a

produção dessa linha pára, ou automaticamente quando o defeito bloqueia a máquina, ou

manualmente quando o operador detecta a anomalia. Estes defeitos provocam muitas vezes

paragens prolongadas pois a natureza gordurosa do produto leva a que a limpeza das peças (muitas

vezes de difícil acesso) seja mais difícil. Há ainda o problema de a embalagem puder ser danificada

sem que o incidente seja detectado e o produto siga o seu percurso na linha de produção acabando

por ser armazenado no armazém de produto acabado (APA). O produto não-conforme vai chegar ao

consumidor/cliente podendo levar a reclamações.

Figura 1.2 – Tipo de defeito provocado pelas peças móveis das encaixotadoras [3].

2

Page 15: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Um outro problema detectado foram as variações no peso das embalagens e no teor de humidade

das mesmas. Esta variabilidade parece estar relacionada com paragens na linha de produção. A

medição destes dois parâmetros é feita de trinta em trinta minutos, pelo operador responsável pela

linha, que actua em conformidade com os resultados. O incumprimento destas medições pode levar a

desperdícios de produto e de tempo. Verificou-se ainda que os intervalos de 30 minutos nem sempre

são cumpridos de forma rigorosa.

Na preparação da margarina há ingredientes que são usados em pequenas quantidades. Estes são

adicionados manualmente pelos operadores e pesados num pequeno laboratório de apoio à

produção. Estes ingredientes são pesados todos no mesmo recipiente (de plástico), isto é, o primeiro

ingrediente é pesado, o operador faz a tara na balança e repete o procedimento adicionando todos os

componentes no mesmo recipiente. Isto leva a que se por algum motivo o operador adicionar uma

quantidade superior à desejada não seja possível corrigir a acção, pois os diferentes ingredientes já

se encontram misturados. Acontece também que alguns destes são bastante viscosos e quando o

operador os vai adicionar aos tanques de produção principais, parte desses ingredientes ficam

agarrados às paredes do recipiente levando a desperdícios de matéria-prima. Há ainda o problema

de a pesagem não ser rigorosa e os desvios em relação às quantidades objectivo não serem

registados.

Outra dificuldade encontrada na FIMA foi que quando são introduzidas novas receitas na produção, o

resultado da sua implementação fabril nem sempre é consistente com a receita desse produto, isto é,

na produção ao adicionar as quantidades que vêm indicadas nas folhas das receitas nem sempre o

pH e o sal medidos vão de encontro ao que é estabelecido (teoricamente) para esse produto. A

quantidade de regulador de acidez que vem na receita não corresponde ao que de facto acaba por

ser usado para obter determinado valor de pH. Isto leva a que seja adoptado o método da tentativa-

erro, adicionando o ácido a pouco e pouco e esperando que a mistura seja homogeneizada e

medindo o pH entre cada adição. Este processo tem que ser repetido até que o pH seja o correcto

para esse produto. O procedimento torna-se assim moroso e pode até levar à perda de ingredientes

na medida em que, se for adicionado ácido a mais, é difícil fazer com que o valor de pH volte a subir

para o valor desejado, pois isto iria levar a diluições demasiado grandes e indesejadas.

A preparação das diferentes receitas é feita através de um sistema informatizado que é controlado

por operadores específicos numa sala de controlo. Os principais ingredientes das fases que

compõem a margarina são adicionados aos tanques onde se faz a mistura através de um sistema de

válvulas que se encontra a montante destes. No caso dos componentes da fase aquosa, estes estão

normalmente na forma de mother solution, isto é, a matéria-prima foi previamente diluída (em água e

em concentrações próprias) e adicionada desta forma aos restantes ingredientes. Contudo, em

algumas situações não é possível a adição desta mother solution e o operador como alternativa

adiciona o componente concentrado. Para isto, faz um cálculo simples e determina a quantidade de

ingrediente puro (em pó) face à quantidade equivalente de mother solution. No entanto o operador

não corrige a quantidade de água que deveria ser adicionada de forma a manter as proporções de

todos os ingredientes, levando a alterações nas concentrações finais. Quando no final da preparação

3

Page 16: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

da fase são feitas medições de pH e de concentração de sal estes não vão ser consistentes com o

que seriam se tivesse sido adicionadas mother solutions, tendo assim que ser feitas correcções

manuais (tentativa-erro), adicionando ácido e sal até acertar os parâmetros. Isto leva a desperdícios

de tempo e matérias-primas.

Outra dificuldade encontrada na FIMA refere-se ao reaproveitamento de fases aquosas. Quando por

motivos operacionais sobram fases aquosas de determinadas receitas é comum estas serem

reconvertidas noutras, desde que compatíveis. Actualmente, os operadores fazem cálculos muito

simples de forma a acertar grosseiramente os parâmetros que por eles são controlados (pH e

quantidade de sal). Não existe nenhuma ferramenta que indique aos operadores a compatibilidade

das diferentes receitas nem quais as quantidades a adicionar de forma rigorosa, no caso de

compatibilidade.

1.3 Ponto da Situação das Acções de Melhoria

Ao longo dos últimos anos têm sido feitos esforços no sentido de eliminar alguns dos problemas

indicados anteriormente (cf. secção 1.2). Os operadores têm tido formação contínua, os

procedimentos operacionais têm sido actualizados de acordo com as directivas da Unilever e vários

trabalhos de estágio focaram-se na melhoria contínua da produção.

Os recentes trabalhos de montagem de novos tanques e substituição de pavimentos levaram a

paragens prolongadas na produção. Durante este tempo os operários das diferentes áreas foram

sujeitos a diversas acções de formação, nomeadamente segurança alimentar, incidentes na

qualidade, boas práticas de higiene, ambiente e racionalização energética, higiene e segurança no

trabalho, Office nível 1 (Excel e Word), comunicação nas relações interpessoais, lubrificantes e

lubrificação, formação técnica (pneumática, ligação e transmissão mecânica) e combate inicial a

incêndios e primeiros socorros.

De forma a colmatar o problema de eventualmente serem produzidos defeitos na aparência ou

integridade das embalagens, a Unilever desenvolveu os Consumer/Customer Relevant Quality

Standards (CRQS) que são um conjunto de parâmetros a serem avaliados em amostras retiradas da

linha de produção e que permitem diminuir as não-conformidades no APA e desta forma aumentar a

qualidade percebida pelo cliente/consumidor. Com o trabalho de estágio elaborado pelo engenheiro

Astre Mepameia [4] foi possível relacionar os defeitos nas peças das máquinas embaladoras com o

tipo de defeito encontrado nas embalagens, permitindo desta forma identificar os locais de

manutenção correctiva nas diferentes máquinas.

Actualmente o software Mettler Toledo Freeweigh 9001 existente na FIMA, faz uma monitorização

contínua dos produtos ao longo do tempo, permitindo a rápida detecção de produtos que violem os

limites de peso e humidade pré-estabelecidos. Sempre que tal acontece para além de se

desencadear uma acção imediata do operador, o chefe de turno é informado através de um sistema

central para que a situação seja controlada de forma mais eficaz. A variabilidade nos pesos e teor de

4

Page 17: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

humidade dos produtos pré-embalados foi já estudada em pelo menos dois trabalhos de estágio

pelos engenheiros Bruno Custódio [5] e Margarida Ramos [6]. Estes determinaram que a

variabilidade nestes parâmetros parece estar associada a vários factores tais como, as pressões de

alimentação das fases à linha, as pressões dos copos doseadores da bomba, a temperatura das

emulsões à saída da unidade de frio, a calibração da bomba doseadora e ainda a incorporação de

margarina de retorno.

1.4 Objectivos Gerais

Perante a situação operacional descrita anteriormente (cf. secção 1.2) foram escolhidos três pontos

sobre os quais actuar:

• Rever a implementação dos CRQS de forma a garantir a sua actualização. Garantir ainda que

os operadores os entendem e sabem aplicar adequadamente aos produtos em causa, de

modo a melhorar a qualidade global perceptível pelo cliente/consumidor.

• Modelar o pH de forma analítica ou empírica para que quando são introduzidos novos

produtos sejam evitados custos, quer em tempo quer em desperdícios de matéria-prima.

• Criar uma ferramenta informática que permita o cálculo automático no reaproveitamento de

fases aquosas e simultaneamente o acerto das quantidades de água nas receitas quando

são usadas matérias-primas puras, de modo a fazer reaproveitamentos mais precisos e

rentáveis.

5

Page 18: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Capítulo 2

INTRODUÇÃO

2.1 A Margarina

A margarina é um produto alimentar que consiste numa emulsão de água em óleo – pequenas gotas

de água dispersas numa fase oleosa – que é posteriormente arrefecida e cristalizada.

Esta pode conter diversas consistências e composições em função do fim a que se destina, mas

genericamente é constituída por 2 componentes principais, óleos vegetais e água, aos quais são

adicionadas quantidades variáveis de vitaminas, aromas, sal, regulador de acidez e proteínas de leite.

Figura 2.1 – Esquema genérico de produção de margarina [7].

2.1.1 Invenção e Desenvolvimento

No final do século XIX o imperador Napoleão III ofereceu um prémio para que fosse descoberta uma

alternativa menos dispendiosa e mais saudável do que a manteiga. Foi então que em 1869, Hippolyte

Mége Mouries um químico francês que desenvolvia os seus trabalhos na área da investigação

alimentar inventou a primeira margarina.

6

Page 19: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

No seu laboratório Mége Mouris desenvolveu um conjunto de experiências que passaram por

solidificar gordura purificada e analisar os ácidos gordos, seus constituintes. Com este trabalho

obteve um produto final ao qual chamou oleomargarine, nome este que resultava da palavra grega

para “aspecto perolado” (margrites ou margaron) devido ao brilho que o produto apresentava quando

cristalizado e à fonte de gordura, oleo oil, proveniente da carne [8].

Inicialmente a margarina era constituída por dois tipos de gordura, uma grande parte de gordura

animal e uma pequena porção de gordura vegetal. Considerando os padrões actuais a primeira

margarina era bastante rudimentar, sendo quebradiça e muito firme a baixas temperaturas, mas

comparada com a manteiga era igualmente nutritiva e a metade do preço.

Durante o seu desenvolvimento a margarina passou por diversas alterações. Tradicionalmente era

composta por 80% de gordura e 20% de água mas, no final dos anos 70, foram desenvolvidas

variantes com níveis de gordura mais baixos – os chamados cremes de barrar light – que mantinham

a textura e sabor do produto original [7]. Estes produtos com percentagens mais baixas de gordura

distinguem-se dos primeiros por terem mais e maiores gotas de água na emulsão.

Actualmente, qualquer que seja o tipo de margarina é garantido que é constituída exclusivamente por

óleos vegetais. De forma a satisfazer as necessidades crescentes da procura no consumo de

produtos menos calóricos podem agora ser encontrados no mercado margarinas/cremes de barrar

com conteúdos de gordura que variam entre 10 e 90% [7]. A margarina pode assim ser fisicamente

alterada, variando a % de gordura e água, de forma a ter diversas aplicações tais como ser

consumida directamente (barrar no pão) ou incorporada como ingrediente noutro produto alimentar.

Figura 2.2 – Produção de Margarina e Cremes de Barrar na EU27 (milhões de toneladas) – 2012 [7].

O facto de a margarina poder ser fisicamente alterada de forma a ser útil em diversas aplicações fez

dela um produto bastante popular. Em 2012 a produção mundial de margarina totalizou 9374,1

7

Page 20: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

milhões de toneladas das quais cerca de 26% (2440 milhões de toneladas) foram produzidas na

união europeia (vide Figura 2.2). Portugal produziu 48,8 milhões de toneladas. Na EU27 o consumo

per capita de margarina é estimado ser de 5 kg/ano [7].

2.1.2 Processo Industrial – FIMA

A margarina resulta da emulsificação entre uma fase gorda e uma fase aquosa. A fase gorda é

composta maioritariamente por óleos vegetais aos quais são adicionados aromas, corantes, vitaminas

e antioxidantes e a fase aquosa que contém uma grande percentagem de água à qual são

adicionados soro de leite, regulador de acidez (ácido cítrico), conservante (sorbato de potássio), sal e

vitaminas.

Os óleos constituintes das margarinas podem ser de vários tipos, nomeadamente óleo de girassol,

óleo de milho, óleo de soja, óleo de palma e derivados (oleína, estearina, palmiste e coco). Estes

chegam à FIMA num estado bruto ou semi-refinado e são submetidos a um conjunto de análises de

qualidade que determinam a aprovação destas matérias-primas.

De seguida os óleos são tratados e misturados na refinaria onde são submetidos a um conjunto de

operações das quais se destacam a neutralização, o branqueamento e a desodorização (Figura 2.3).

Com a neutralização é possível retirar as impurezas dos óleos bem como remover ácidos gordos

livres, no branqueamento é retirada a cor natural dos óleos e através do processo de desodorização

elimina-se o seu gosto e odor característicos. É ainda na refinaria que os óleos são misturados de

acordo com a receita de cada produto. Em alguns casos pode ser necessário usar técnicas como a

hidrogenação ou a interesterificação de forma a alterar o ponto de fusão do óleo, sendo que no

primeiro caso há a quebra das cadeias de ácidos gordos insaturados (adição de H2) e no segundo há

um rearranjo de ácidos gordos na estrutura dos triglicéridos.

Chegada dos óleos ao parque de

tanques da FIMA

Análise de óleos brutos ou semi-

refinadosNeutralização Branqueamento

Interesterificação

Hidrogenação

Mistura de óleos

Desodorização

Envio para a margarinaria

Filtração

Figura 2.3 – Diagrama geral da refinaria.

8

Page 21: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Após o processo descrito anteriormente (Figura 2.3) os óleos tratados são enviados à zona onde é

feita a produção e embalamento da margarina, a margarinaria. As misturas provenientes da refinaria

são recebidas na sala de óleos onde por adição dos restantes componentes se vão converter em

fase gorda e ficam aí armazenadas até serem enviadas para a zona da produção.

A preparação da fase aquosa dá-se na sala de leite. Esta preparação passa por duas fases, numa

primeira fase são adicionados à água soluções concentradas ou diluídas de soro de leite, ácido cítrico

e sorbato de potássio e ainda de salmoura e numa segunda fase há a pasteurização da mistura. A

pasteurização pode ocorrer em contínuo ou descontinuo em função dos tanques escolhidos. No caso

em que a fase aquosa é pasteurizada em descontínuo a armazenagem dá-se no próprio tanque de

preparação, enquanto que no caso continuo a armazenagem é feita em tanques próprios a

temperaturas de cerca de 10ºC. Depois da pasteurização são ainda adicionadas vitaminas

hidrossolúveis e aromas.

AromasCorantes

VitaminasAnti-oxidantes

Óleos Tratados(Refinaria)

Tanque de Armazenamento(Sala de óleos)

Hall de Produção

ÁguaSalmoura

Soro de LeiteÁcido Cítrico

Sorbato de Potássio

Tanque de Preparação

(Sala de Leite)

Pasteurização

Tanque de Armazenamento

(Sala de Leite)

Fase Gorda

Fase Aquosa

Margarina

VitaminasAromas

Figura 2.4 – Diagrama de preparação das fases.

Após a fase gorda e a fase aquosa estarem completamente prontas para utilização (Figura 2.4), são

enviadas para a zona da produção da margarinaria, o hall de produção (Figura 2.5). Aqui as fases

são emulsificadas com recurso a uma bomba doseadora sendo as proporções da mistura

determinadas pelas receitas dos diferentes produtos. A emulsão liquida assim formada é

9

Page 22: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

pasteurizada e é depois encaminhada para as unidades de arrefecimento e cristalização,

denominadas votators, que são permutadores de calor de superfície raspada. Neste equipamento há

o arrefecimento contínuo da emulsão em movimento permitindo uma grande transferência de calor de

uma pequena quantidade de produto num espaço confinado ao mesmo tempo que as lâminas

raspam continuamente o interior da parede do tubo onde se dá a troca de calor (optimizando a

transferência de calor) e agitam o produto para obter uma mistura homogénea [9]. É portanto nos

votators que a emulsão líquida é cristalizada e solidificada (por arrefecimento) e a velocidade de

rotação das lâminas promove a dispersão das gotículas da fase aquosa pelo seio da fase gorda

cristalizada dando origem à emulsão estabilizada que é a margarina.

O produto é finalmente embalado, encaixotado e armazenado no APA, onde fica a temperatura

controlada até ser submetido a análises de qualidade que garantam que o produto está conforme

para distribuição.

Figura 2.5 – Layout do Hall de Produção.

2.2 Consumer/Customer Relevant Quality Standards

De modo a garantir a qualidade perceptível dos seus produtos para o cliente e consumidor final a

Unilever define um conjunto de normas de aplicação obrigatória, denominados CRQS [10]. Estes são

produzidos externamente à FIMA por uma equipa da Unilever denominada Group Category Quality e

fornecidos através da rede interna da Unilever em língua inglesa.

10

Page 23: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

2.2.1 Objectivos e Âmbito

Os CRQS foram desenvolvidos com dois objectivos: permitir à Unilever avaliar a superioridade dos

seus produtos e ter um processo de avaliação global que é aplicado em todas as unidades de

produção. Este processo possibilita a avaliação e melhoramento da qualidade perceptível e que é

relevante para os compradores, consumidores e clientes quando estes compram, recebem ou

usam/consomem os produtos assim avaliados. Apesar de já existirem programas direccionados à

avaliação da qualidade relevante ao consumidor estes diferem bastante entre si (de zona para zona)

no que diz respeito aos padrões, amostragem, âmbito e tipo de avaliação. Deste modo não é possível

a aplicação global e os resultados das diferentes regiões não podem ser comparados. Foi da

necessidade de criar um processo harmonizado que as equipas de qualidade da Unilever

desenvolveram os CRQS, que vieram substituir todos os anteriores programas de avaliação de

qualidade relevante para os consumidores.

As apreciações dos itens baseadas neste processo “medem” a qualidade mínima aceitável face aos

padrões definidos nos CRQS. No âmbito deste processo é feita a avaliação de unidades de consumo,

de embalagens prontas para venda (conjunto de unidades de consumo), expositores, caixas e paletes

(Figura 2.6). Actualmente só estão disponíveis padrões para avaliações das unidades individuais de

consumo.

Figura 2.6 – Itens avaliados pelos CRQS.

A aplicação dos CRQS pode ser feita em vários locais da cadeia de abastecimento alargada mas

sempre tendo em conta o processo global. Estes locais englobam: fábrica, armazém, postos de

venda e após a compra (Figura 2.7).

Embalagens de Venda

Expositores Caixas Paletes Unidades de Consumo

11

Page 24: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Figura 2.7 – Locais de aplicação de CRQS.

Actualmente na FIMA só são feitas avaliações na fábrica.

2.2.2 Definição de Padrões e Classificação

Os CRQS definem de uma forma padronizada as propriedades relevantes de um item e são

apresentadas num formato normalizado seguindo a mesma convenção de nomes para que possa

haver uma fácil identificação. Servem para quando são desenvolvidos novos produtos estes já

trazerem incorporados no seu design os elementos que são relevantes aos consumidores/clientes e

para serem usados como modelo nas classificações feitas nas fábricas, armazéns e postos de venda.

A escolha dos parâmetros a classificar é, sempre que possível, feita com base em inquéritos e

estudos que avaliam a relevância dos critérios para os clientes, compradores e consumidores.

Contudo existem tópicos que são avaliados mas para os quais não existem tais estudos, sendo que

nestes casos a relevância dos parâmetros é feita com base em dados de reclamações das linhas de

apoio a consumidores. Quando são disponibilizados os resultados de novos estudos com base em

inquéritos e/ou reclamações, estes são usados para validar e actualizar os parâmetros

correspondestes dos CRQS.

Unidades Individuais de Consumo

Por razões práticas, a avaliação das unidades de consumo é feita em três níveis denominados por

“on-pack”, “in-pack” e “in-use”. A distinção entre os diferentes níveis é descrita na Figura 2.8.

12

Page 25: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Como é avaliado?

Sem abrir ou usar a embalagem.

Após abrir a

embalagem mas sem

utilizar o produto.

Durante a utilização do

produto.

O que é abrangido?

Principalmente propriedades

visuais do exterior da

embalagem, tais como dano ou

limpeza da embalagem.

Principalmente

propriedades do

conteúdo da

embalagem, tais como

quantidade de produto

na embalagem.

Principalmente

propriedades

sensoriais, tais como

fragrância ou cor do

produto.

Tipo de avaliação?

Avaliação não destrutiva. Pode

ser feita nas fábricas ou nas lojas

sem criar desperdício.

Avaliação destrutiva. A avaliação de produtos que

já estão no mercado só pode ser feita quando as

embalagens são compradas.

Notas

Pode incluir avaliação do

conteúdo da embalagem quando

esta é transparente e é possível

a avaliação de propriedades

visuais.

Por razões práticas estas avaliações podem ser

feitas em conjunto.

On-pack In-pack In-use

Figura 2.8 – Níveis de avaliação das unidades de consumo (adaptado [10])

A implementação global dos CRQS começou pelos padrões on-pack das unidades individuais de

consumo. Estes são baseados no formato da embalagem (Figura 2.9), genéricos e aplicáveis a todas

as categorias de produtos, ou seja, os itens avaliados numa embalagem plástica de margarina serão

os mesmos que numa embalagem plástica de um detergente ou de um gelado. O documento CRQS

pode conter alguns itens que só são aplicáveis a certas categorias (e.g. tipo de fecho da embalagem)

ou medidas de classificação diferentes em diversas categorias (e.g. pesos, desvios), o que deve ser

indicado claramente no padrão.

Caixa de Cartão Garrafa/Frasco de Vidro

Envoltório Recipiente/Caixa/Balde de Plástico

Figura 2.9 – Exemplos de formatos de embalagens avaliados pelos CRQS on-pack. (Adaptado)

Na situação em que os formatos já existentes não se apliquem ao produto, esta situação deve ser

comunicada ao Group Category Quality que, se necessário, criará CRQS para um novo formato de

embalagens.

13

Page 26: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Um padrão para um formato de embalagem é uma embalagem que não contém nenhum dos

problemas – potenciais defeitos – que são relevantes e característicos para esse formato. No final de

2012 estavam registados 48 parâmetros (problemas), todos eles únicos e aplicáveis a todas as

categorias de embalagens. Assim o mesmo problema vai constar nos CRQS de (por exemplo) caixas

de cartão e envoltórios mas as fotografias demonstrativas do defeito serão diferentes, já que estas

são específicas para cada formato de embalagem.

A classificação dos potenciais defeitos deve ser feita de acordo com uma escala de cores. Um

problema pode assim ser classificado como: vermelho, amarelo ou verde. O documento CRQS deve,

para cada problema exibir o formato apresentado na Figura 2.10.

Figura 2.10 – Formato de um problema padrão no documento CRQS (adaptado [10])

O formato indicado é dividido em 4 zonas com a seguinte descrição:

1. Mostra o nível da avaliação (on-pack, in-pack ou in-use), o parâmetro (arte, aparência,

informação legal, etc.) e a propriedade (rotulagem, impressão, montagem, etc.).

2. Mostra o nome do problema (impressão do texto, desvio no peso, perfuração da embalagem,

etc.)

3. Descreve textualmente o problema e mostra fotografias genéricas para cada uma das

classificações vermelha, amarela e verde.

1

4

3

2

14

Page 27: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

4. Mostra medidas de classificação para cada um dos três códigos de cor e, caso necessário,

faz a distinção das medidas para as diferentes categorias, por exemplo, a limpeza da

embalagem deverá ser mais rigorosa num produto alimentar do que num detergente.

Para além do formato apresentado na Figura 2.10, o documento contém ainda uma capa e um índice.

No índice são indicados quais dos problemas são de aplicação geral e quais são aplicáveis só a

certos tipos e embalagem (e.g. embalagens transparentes).

Os padrões on-pack estão a ser aplicados desde meados de 2011 e os in-pack e in-use estão agora

em desenvolvimento. Apesar disso na FIMA estão a ser já feitas avaliações do interior da embalagem

(depois de aberta) e avaliações sensoriais. O formato dos padrões in-pack e in-use deverá seguir

exactamente a mesma metodologia que o on-pack para que no final se obtenha um documento global

para cada tipo de produto e formato de embalagem em que cada um dos níveis será um subconjunto

do padrão global.

A classificação on-pack das unidades individuais de consumo feita nas fábricas deve ser feita pelos

operadores e abrange atributos simples que podem ser analisados visualmente. Todos os operadores

devem receber formação de modo a assegurar que as suas avaliações são válidas e consistentes;

necessitam de ser meticulosos, ter boa visão e não ser daltónicos, pois as classificações são

baseadas num código de cores. A classificação das amostras é feita frequentemente e o plano de

amostragem para as fábricas é de seis unidades por hora e por linha de produção, sendo que esta é

a frequência mínima a ser adoptada. Sempre que necessário a frequência de amostragem pode ser

aumentada em múltiplos de seis, por exemplo, 12 amostras por hora ou 6 amostras de 30 em 30

minutos. A recolha das amostras deve (sempre que possível) ser feita logo depois do encaixotamento

das embalagens pois este último passo pode danificar a caixa de cartão e consequentemente as

embalagens que lá estão dentro.

Cada problema identificado pelos CRQS deve ser classificado de acordo com o código de cores

referido, em que cada uma delas tem o significado apresentado na Figura 2.11.

A classificação final de cada amostra resulta das classificações obtidas nos diferentes potenciais

defeitos em análise. Assim uma amostra é categorizada com:

• Vermelho – Se pelo menos um dos problemas é vermelho.

• Amarelo – Se pelo menos um dos problemas é amarelo e nenhum é vermelho.

• Verde – Se todos os problemas são verdes (ou seja, não existe qualquer deficiência).

15

Page 28: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Figura 2.11 – Classificação dos problemas segundo as regras impostas pelos CRQS (adaptado [10])

De acordo com a classificação final das amostras o operador tem que tomar a acção correspondente

em concordância com o descrito na Figura 2.12.

Figura 2.12 – Acções a tomar em função da classificação das amostras (adaptado [10])

O operador deve ainda fazer o registo informático das classificações obtidas, usando para isso o

programa criado para o efeito. Estão a ser desenvolvidas ferramentas informáticas para que possam

ser implementadas globalmente em todos os locais onde são aplicados os CRQS. Desta forma passa

a ser possível a recolha e análise centralizadas de dados. Até estarem disponíveis estas ferramentas,

as fábricas devem comunicar mensalmente à Unilever o número de amostras classificadas como

amarelas e vermelhas.

16

Page 29: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

2.3 Controlo Estatístico de Variáveis Operatórias

2.3.1 Regressão Linear Múltipla

A análise de regressão permite estudar a relação entre uma variável de resposta e uma ou mais

variáveis explicativas sendo que sempre que análise envolva mais do que uma variável explicativa

esta denomina-se por regressão múltipla. No caso em que a equação que define o modelo de

regressão é função linear de um conjunto de parâmetros desconhecidos que multiplicam as variáveis

independentes este tem o nome de modelo de regressão linear múltipla.

A regressão linear múltipla parte portanto do pressuposto que existe uma relação linear entre uma

variável Y (denominada variável dependente) e k variáveis independentes, xj (j=1,…,k). As variáveis

independentes são também conhecidas por variáveis explicativas ou preditoras pela sua utilização

para prever Y, ou ainda por regressores [11]. O modelo que relaciona Y com as k variáveis

independentes é apresentado na Equação 2.1

𝑌 = 𝛽0 + 𝛽1𝑥1 + 𝛽2𝑥2 + ⋯+ 𝛽𝑘𝑥𝑘 + 𝜀 Equação 2.1

Os p (p=k+1) parâmetros βj designam-se por coeficientes de regressão parciais e representam a

variação esperada em Y para cada unidade de variação em xj quando os restantes regressores xi (i≠j)

se mantêm constantes [11] e ε representa o erro da regressão.

No caso de existirem múltiplas observações o modelo apresentado na equação 1 pode ser reescrito

de forma a relacionar a resposta com os k regressores para as n observações, (xi1,xi2,…,xik,yi),

i=1,2,…,n de acordo com a Equação 2.2.

𝑦𝑖 = 𝛽0 + 𝛽1𝑥𝑖1 + 𝛽2𝑥𝑖2 + ⋯+ 𝛽𝑘𝑥𝑖𝑘 + 𝜀𝑖 = 𝛽0 + �𝛽𝑗𝑥𝑖𝑗

𝑘

𝑗=1

+ 𝜀𝑖 Equação 2.2

Quando se pretende ajustar um modelo de regressão a um conjunto de n (n>k) observações devem

expressar-se as operações matemáticas na forma matricial de modo a evitar as dificuldades de

cálculo que podem resultar do manuseamento de um elevado número de parâmetros. O modelo é

assim um sistema de n equações em que cada uma delas descreve um hiperplano no espaço k-

dimensional dos regressores xj [12], denotado pela Equação 2.3.

𝒚 = 𝑿𝜷 + 𝜺 Equação 2.3 Onde

𝒚 = �

𝑦1𝑦2⋮𝑦𝑛

� 𝑿 = �

1 𝑥11 𝑥12 ⋯ 𝑥1𝑘1 𝑥21 𝑥22 ⋯ 𝑥2𝑘⋮ ⋮ ⋮ ⋮1 𝑥𝑛1 𝑥𝑛2 ⋯ 𝑥𝑛𝑘

� 𝜷 = �

𝛽0𝛽1⋮𝛽𝑘

� 𝜺 = �

𝜀1𝜀2⋮𝜀𝑛

17

Page 30: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

A matriz y é o vector (n x 1) que representa as observações da resposta, a matriz X (n x p) é

constituída pelos valores que apresentam as variáveis independentes sendo que em que cada linha i

(i=1,…, n) estão os coeficientes multiplicativos de βj (j=0,1,…, k). Os coeficientes de regressão

parciais estão representados na matriz β (p x 1) e os erros aleatórios são mostrados na matriz ε (n x

1). Parte-se do pressuposto de que o erro tem um valor esperado de zero, E[ε]=0 e que a variância

do erro é denotada por σ2I, Var[ε]= σ2I, e desta forma admite-se que o erro tem uma distribuição

normal multivariada, ε~N(0,σ2I), em que 0 é a matriz nula e I a matriz identidade [11].

Na Equação 2.3, β é um vector coluna com p entradas que é desconhecido. De forma a fazer-se uma

estimativa destes valores, baseada nos dados observados, deve encontrar-se o vector de

estimadores dos mínimos quadrados denotado por β�, que é obtido minimizando a soma dos

quadrados do erro (SQE). A SQE representa a variação devida ao erro, ou seja, mede a variação que

não é explicada pelo modelo de regressão. Para tal deve rearranjar-se a Equação 2.3 de forma a

exprimir o erro em função dos restantes parâmetros (ε=y-Xβ) e substitui-lo na equação da SQE,

Equação 2.4.

𝑆𝑄𝐸 = �𝜀𝑖2𝑛

𝑖=1

= 𝜺𝑻𝜺 = (𝒚 − 𝑿𝜷)𝑻(𝒚 − 𝑿𝜷) Equação 2.4

Onde o índice T, superior à linha, representa a transposição da matriz referida.

O estimador pretendido β� resulta da resolução da Equação 2.5 em ordem a β.

𝜕 𝑆𝑄𝐸𝜕𝜷

= 0 Equação 2.5

Finalmente obtém-se o estimador dos mínimos quadrados, Equação 2.6 [12].

𝛃� = �𝑿𝑻𝑿�−𝟏𝑿𝑻𝒚 Equação 2.6

O modelo de regressão que se obtém fazendo uso do estimador determinado na Equação 2.6 é o

seguinte:

𝑦�𝑖 = �̂�0 + ��̂�𝑗𝑥𝑖𝑗

𝑘

𝑗=1

, 𝑖 = 1,2, … ,𝑛 Equação 2.7

Alternativamente pode representar-se na forma matricial, y� =Xβ� . A diferença entre o que de facto foi

observado, yi, e o valor correspondente que foi estimado, 𝑦�𝑖 é chamado de resíduo (erro). Este vai ser

um vector coluna com n entradas e correspondente a ε=yi-𝑦�𝑖, ou na forma matricial, ε=Y-Y� .

Tal como descrito acima, os modelos de regressão linear múltipla são usados para aproximar funções

em que não é conhecida a relação entre a variável dependente e os regressores. Na maioria dos

casos e dentro de determinados limites das variáveis independentes, o modelo de regressão linear é

uma aproximação adequada. Contudo quando há necessidade de usar um modelo mais complexo é

por vezes necessário recorrer a técnicas de regressão linear múltipla, que permitem por exemplo

18

Page 31: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

contemplar modelos polinomiais cúbicos, (Equação 2.8) ou interacções entre regressores (Equação

2.9).

𝑌 = 𝛽0 + 𝛽1𝑥 + 𝛽2𝑥2 + 𝛽3𝑥3 + 𝜀 = 𝛽0 + 𝛽1𝑥1 + 𝛽2𝑥2 + 𝛽3𝑥3 + 𝜀

Em que x1=x, x2=x2 e x3=x3 Equação 2.8

𝑌 = 𝛽0 + 𝛽1𝑥1 + 𝛽2𝑥2 + 𝛽12𝑥1𝑥2 + 𝜀 = 𝛽0 + 𝛽1𝑥1 + 𝛽2𝑥2 + 𝛽3𝑥3 + 𝜀

Em que x3=x1 x2, β3= β12 Equação 2.9

Pode ainda ser usada a combinação de ambos, ou seja um modelo de ordem múltipla com interacção

entre as variáveis (Equação 2.10).

𝑌 = 𝛽0 + 𝛽1𝑥1 + 𝛽2𝑥2 + 𝛽11𝑥12 + 𝛽22𝑥22 + 𝛽12𝑥1𝑥2 + 𝜀

= 𝛽0 + 𝛽1𝑥1 + 𝛽2𝑥2 + 𝛽3𝑥3 + 𝛽4𝑥4 + 𝛽5𝑥5 + 𝜀

Em que x3=x12, x4=x2

2, x5=x1x2, β3=β11, β4=β22, β5=β12

Equação 2.10

2.3.2 Variância Estimada do Erro

É possível fazer uma estimativa da variância através dos resíduos obtidos. Para isso divide-se a

soma dos quadrados do erro pela diferença entre o número de observações e o número de

parâmetros (Equação 2.11)

𝜎�2 =∑ 𝜀𝑖2𝑛𝑖=1

𝑛 − 𝑝=

𝑆𝑄𝐸𝑛 − 𝑝

Equação 2.11

Os valores do numerador e denominador da equação acima são usualmente obtidos através da

construção da tabela da análise da variância (ANOVA), Tabela 2.1 [12].

Tabela 2.1 – Análise da variância (ANOVA) na regressão linear múltipla.

Fonte de variação Soma dos quadrados Graus de liberdade Média quadrática

Regressão SQR k MQR

Erro SQE n-p MQE

Total SQT n-1

A soma dos quadrados da regressão (SQR) mede a variação de Y que é explicada pelo modelo de

regressão e a soma dos quadrados total (SQT) mede a variação das observações em torno da sua

média e relacionam-se com a SQE de acordo com a Equação 2.12, em que SQR é descrita pela

Equação 2.13.

𝑆𝑄𝑇 = 𝑆𝑄𝑅 + 𝑆𝑄𝐸 Equação 2.12

𝑆𝑄𝑅 = �̂�𝑇𝑋𝑇𝑦 −(∑ 𝑦𝑖𝑛

𝑖=1 )2

𝑛 Equação 2.13

19

Page 32: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

A média quadrática da regressão (MQR) e a média quadrática do erro (MQE) obtêm-se dividindo a

soma dos quadrados pelo respectivo número de graus de liberdade.

2.3.3 R² e R² Ajustado

O R2 é denominado de coeficiente de determinação múltiplo e é usado para medir se o modelo

determinado se adequa aos dados observados. Varia entre 0 e 1 sendo que quanto mais alto for este

valor mais explicativo é o modelo e melhor é o ajustamento entre os dados e a equação de

regressão. É obtido através da seguinte expressão:

𝑅2 =𝑆𝑄𝑅𝑆𝑄𝑇

= 1 −𝑆𝑄𝐸𝑆𝑄𝑇

Equação 2.14

Este coeficiente mostra a proporção da variabilidade da resposta que é possível explicar com o

modelo a que se refere, isto é, um R2 de 0,98 significa que 98% da variação de Y é possível de ser

explicada pela equação de regressão.

No entanto esta medida estatística apresenta alguns problemas na medição da qualidade do modelo,

pois sempre que é adicionada uma nova variável, ela aumenta, independentemente de a variável

acrescentada ser estatisticamente relevante ou não. Isto acontece porque SQT=SQE+SQR em que

SQT é uma constante exclusivamente dependente dos dados observados, sempre que é adicionada

uma variável o SQR aumenta. Assim sendo um valor grande de R2 não implica necessariamente um

bom ajustamento do modelo.

De forma a contornar este problema define-se o R2 ajustado:

𝑅𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡.2 = 1 −

𝑆𝑄𝐸(𝑛 − 𝑝)𝑆𝑄𝑇

(𝑛 − 1) Equação 2.15

O R2 ajustado, ao contrário do que acontecia com o R2, não aumenta sempre que há adição de novos

regressores. Na Equação 2.15 o denominador é constante (só depende dos dados observados),

portanto este coeficiente só vai aumentar se a adição da variável produzir uma redução

suficientemente grande na SQE de forma a compensar a perca de um grau de liberdade [11].

Quando existe uma diferença significativa entre R2 e R2 ajustado há que considerar que foram

adicionados ao modelo termos estatisticamente não significativos.

2.3.4 Previsão de Novas Observações

Os modelos de regressão podem ser usados para prever futuras observações. É possível prever qual

será a resposta observada em Y0 quando são usados valores particulares das variáveis

independentes (x01, x02, … x0k), usando para isso uma estimativa, y�0.

y�0 = 𝒙𝟎𝑻𝜷�

Em que 𝒙𝟎𝑻 = [1, 𝑥01, 𝑥02, … , 𝑥0𝑘] Equação 2.16

20

Page 33: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Um intervalo de previsão a 100(1-α)% para a futura observação Y0 [12] (sendo α o nível de

significância) é o seguinte:

𝑦�0 − 𝑡𝛼2 ,𝑛−𝑝�𝜎�

2(1 + 𝑥0𝑇(𝑋𝑇𝑋)−1𝑥0) ≤ 𝑌0 ≤ 𝑦�0 + 𝑡𝛼2 ,𝑛−𝑝�𝜎�

2(1 + 𝑥0𝑇(𝑋𝑇𝑋)−1𝑥0)

Sendo 𝑡𝛼2,𝑛−𝑝 a distribuição t Student com n-p graus de liberdade.

Equação 2.17

A Equação 2.17 permite calcular o intervalo no qual uma observação futura com os parâmetros x0 se

encontra com um nível de confiança α.

Quando são feitas predições de novas observações baseadas num conjunto de pontos x01, x02, … x0k

há que ser cauteloso com a extrapolação para além da região que contém as observações originais,

pois um modelo que ajuste bem na região onde se situam conjuntamente os dados originais pode não

o fazer fora dessa área. Mesmo que os valores atribuídos a todos os regressores se encontrem

dentro dos mesmos intervalos usados nos regressores das observações iniciais, se conjuntamente

eles não fizerem parte dessa área o modelo pode não fazer um ajuste tão correcto como o esperado.

2.3.5 Análise de Resíduos

Na regressão linear múltipla os resíduos representam um papel fundamental para determinar se um

dado modelo é ou não adequado aos dados. Estes são definidos pela diferença entre o que foi

observado e o que foi estimado, ε=yi-𝑦�𝑖 e correspondem ao que a recta de regressão não foi capaz de

explicar. Sobre eles são admitidas hipóteses de forma a ser possível a construção dos modelos.

Estas hipóteses são considerar os erros independentes, com média zero, variância constante e

normalmente distribuídos e só se estas suposições forem confirmadas (ou pelo menos, não

desmentidas) é que o modelo se pode considerar adequado.

Analiticamente pode ser feita a normalização dos resíduos, 𝑑𝑖 = 𝜀𝑖/√𝜎�2 que permite avaliar a

magnitude destes. Quando são assim definidos têm média zero e variância de aproximadamente 1, e

se forem normalmente distribuídos então cerca de 95% dos resíduos normalizados deverão estar no

intervalo [-2;2] [11]. Quando os valores encontrados se distanciarem bastante dos limites deste

intervalo poderá ser indicativo da presença de outliers (pontos que não seguem o mesmo

comportamento dos restantes) e nestes casos devem ser examinados caso a caso.

Os resíduos também podem ser analisados graficamente de uma forma simples. Pode optar-se pela

construção de um histograma de frequências, pela representação dos resíduos versus a sua

frequência cumulativa observada num gráfico cartesiano denominado normal probability plot ou pela

representação dos resíduos versus valores estimados (𝑦�𝑖,εi) e/ou variáveis independentes (xi,εi).

Os histogramas podem fornecer informação acerca da distribuição que os resíduos tomam (Figura

2.13), contudo não são indicadores fiáveis a menos que a amostra tenha uma dimensão muito

grande, pois quando não o têm este não é um método muito conclusivo quanto à normalidade dos

resíduos.

21

Page 34: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Figura 2.13 – Histograma de resíduos (não normalizados) representativo de uma amostra de pequena dimensão. Não é conclusivo quanto à distribuição.

A representação num gráfico cartesiano normalmente conhecida por normal probability plot é mais

fiável que o histograma para amostras de dimensão pequena a moderada. Para construir este gráfico

é necessário usar uma escala apropriada que é construída para que a distribuição normal seja

representada por uma linha recta [13]. Seguidamente organizam-se os resíduos εi do menor para o

maior no eixo das abcissas e representa-se a sua frequência cumulativa observada (i-0,5)/n no eixo

das ordenadas, sendo i o número de ordem e n o número de amostras [12]. Se os resíduos tiverem a

distribuição que foi posta por hipótese, neste caso a normal, os pontos vão seguir aproximadamente

uma linha recta, caso contrário a hipótese pressuposta é falsa. Normalmente em amostras de

dimensão inferior a 30 há consideráveis desvios na linearidade [12].

Para evitar o uso de uma escala não linear podem representar-se os valores da normal standard zi

em função de εi, satisfazendo a condição Ф(zi)=(i-0,5)/n, ou seja zi=Ф-1((i-0,5)/n) (Figura 2.14).

Figura 2.14 – Normal probability plot obtida dos valores da normal standard.

Ao representar graficamente os resíduos versus os valores estimados (𝑦�𝑖,εi) ou aos valores das

variáveis independentes (xi,εi) é possível através da “nuvem” de pontos detectar situações anómalas

específicas sobre o modelo ajustado. Nestas representações, os pontos devem aparecer

aleatoriamente espalhados através do gráfico, sem apresentar qualquer tendência. Nos casos em

-2,5-2

-1,5-1

-0,50

0,51

1,52

2,5

-0,2 -0,15 -0,1 -0,05 0 0,05 0,1 0,15

z i

εi

22

Page 35: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

que existem tendências, pode indicar-se que a relação entre as observações e os regressores não é

linear ou que há variáveis importantes para a resposta observada que não estão a ser tidas em conta.

Os resíduos devem ainda ser não oblíquos, ou seja em qualquer faixa estreita vertical ter média zero,

e ter a propriedade da homocedasticidade, ou seja a variância do erro deve ser constante [14].

Figura 2.15 – Representações gráficas dos resíduos em função dos valores observados (ou variáveis independentes) e sua classificação. A linha a vermelho representa o valor zero [14] (Traduzido).

É ainda possível avaliar o afastamento do comportamento (gráfico) dos resíduos face à distribuição

normal usando a curtose e a obliquidade. A curtose representa a medida de dispersão característica

do pico (ou achatamento) de uma curva de uma distribuição de probabilidade. Se a curtose for zero

então a curva tem o mesmo achatamento que a distribuição normal e diz-se mesocúrtica, se for

positiva a curva é mais afunilada do que a distribuição normal, e diz-se leptocúrtica, e se for negativa

a curva é mais achatada do que a normal, e chama-se platicúrtica. A obliquidade mede a assimetria

de uma distribuição, ou seja se apresenta caudas mais pesadas de um lado do que do outro. Se for

zero a distribuição é simétrica, se for positivo a cauda à direita é mais pesada e se for negativo a

cauda à esquerda é mais pesada. Os resíduos devem portanto ter uma apresentação mesocúrtica

com obliquidade nula de forma a corresponderem à hipótese apresentada para os resíduos.

2.3.6 Análise Factorial

Quando numa experiência existem vários parâmetros de interesse deve ser usada a análise factorial.

Esta implica que em cada ensaio (ou réplica) sejam contempladas todas as combinações possíveis

entre os factores e os seus níveis de forma a estudar o efeito conjunto dos factores na resposta.

Um dos desenhos factoriais mais empregues, nomeadamente em investigação, é o caso dos k

factores, cada um com dois níveis, que podem ser quantitativos ou qualitativos. Um ensaio de uma

análise deste tipo requer, para que sejam feitas todas as combinações possíveis, 2 x 2 x…x 2 = 2k

23

Page 36: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

observações. Um desenho factorial do tipo 2k pode ser muito útil nas fases iniciais de um projecto,

quando ainda há muitos factores que se pondera serem ou não significativos, pois é a maneira de

fazer o menor número de observações e determinar quais são as interacções mais significativas.

Como neste caso em que só existem 2 níveis permitidos para cada factor, alto (+) e baixo (-),

considera-se que a resposta é aproximadamente linear no intervalo escolhido.

O número de ensaios em cada experiência vai corresponder a 2 elevado ao número de factores. Por

exemplo, o caso mais simples, em que existem 2 factores cada um a dois níveis, requer 22=4

ensaios. Neste caso os efeitos a considerar são os efeitos dos factores principais A e B e a interacção

entre os 2 factores. O efeito de um factor é definido como a mudança na resposta produzida pela

alteração no nível desse factor. De forma a identificar as diferentes combinações dos factores nos

seus níveis é usada uma notação especial, composta por letras minúsculas, em que se a letra estiver

presente então esse factor está no nível alto (+) e se estiver ausente está no nível baixo (-). Se

ambos estiverem no nível baixo representa-se por (1).

À medida que aumenta o número de factores aumenta também a número de efeitos a ter em

consideração. Por exemplo quando são 4 factores existem 4 efeitos principais, 6 efeitos de

interacções duplas, 4 efeitos de interacções triplas e 1 efeito de interacção entre os 4 factores.

Contudo, na maioria dos casos aplica-se o princípio de dispersão dos efeitos que diz que o sistema é

normalmente dominado por efeitos simples e efeitos de baixas ordens, ou seja, interacções de 3

factores e superiores são desprezáveis.

De seguida apresentam-se os passos a seguir para a implementação de uma análise factorial

completa para 4 factores a 2 níveis.

O 1º passo é determinar quais são os factores e atribuir-lhes um valor (ou atributo qualitativo) que

corresponda ao máximo e mínimo e constrói-se uma tabela semelhante à Tabela 2.2.

Tabela 2.2 – Exemplo de níveis máximos e mínimos dos factores.

Factor Nível Factor 1 Factor 2 Factor 3 Factor 4

Baixo (-) 0,02 0,01 0,001 0,003 Alto (+) 0,6 0,1 0,02 0,02

De seguida constrói-se a tabela de ensaios experimentais com os valores +1 e -1 que correspondem

a se o factor está no nível alto ou baixo nesse ensaio contemplando todas as combinações possíveis

e após a realização experimental inscreve-se nela o valor da variável dependente (objectivo) que é

observado.

24

Page 37: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Tabela 2.3 – Exemplo de análise factorial completa para 4 factores (adaptado [12]).

A (factor 1)

B (factor 2)

C (factor 3)

D (factor 4)

Valor Observado

-1 -1 -1 -1 5,864 1 -1 -1 -1 5,182

-1 1 -1 -1 5,95 1 1 -1 -1 5,576

-1 -1 1 -1 2,905 1 -1 1 -1 2,311

-1 1 1 -1 3,433 1 1 1 -1 2,948

-1 -1 -1 1 6,119 1 -1 -1 1 5,592

-1 1 -1 1 6,307 1 1 -1 1 5,767

-1 -1 1 1 4,18 1 -1 1 1 3,698

-1 1 1 1 4,359 1 1 1 1 4,012

Constrói-se depois a tabela dos contrastes, em que são especificados todos os efeitos (neste caso 15

efeitos) e usando a notação com as letras minúsculas indica-se em cada interacção se o factor está

no nível alto ou baixo. Se o factor está no nível alto em determinado efeito é indicado pela letra

minúscula correspondente, se está ausente indica que o factor está no nível baixo, se todos os

factores estão no nível baixo (ausência de todas as letras minúsculas) o nível representa-se por (1).

Tabela 2.4 – Exemplo da tabela de contrastes [12].

Factor Nível A B AB C AC BC ABC D AD BD ABD CD ACD BCD ABCD

(1) -1 -1 1 -1 1 1 -1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 1 a 1 -1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 1 1 -1 -1 b -1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 1 -1 1 -1

ab 1 1 1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 c -1 -1 1 1 -1 -1 1 -1 1 1 -1 -1 1 1 -1

ac 1 -1 -1 1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 bc -1 1 -1 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1

abc 1 1 1 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 d -1 -1 1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 1 -1

ad 1 -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 bd -1 1 -1 -1 1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1

abd 1 1 1 -1 -1 -1 -1 1 1 1 1 -1 -1 -1 -1 cd -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1

acd 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 -1 -1 1 1 -1 -1 bcd -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1 1 -1

abcd 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

25

Page 38: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Esta tabela é construída tendo por base os níveis estipulados para cada factor (sem interacções)

indicados na Tabela 2.3 e calculando os produtos dos sinais dos factores principais. Os efeitos são

finalmente calculados usando a Equação 2.18.

𝐸𝑓𝑒𝑖𝑡𝑜 =𝐶𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑠𝑡𝑒𝑛2𝑘−1

Em que n é o número de réplicas e k o número de factores. Equação 2.18

O contraste de um factor é calculado usando os sinais e a notação da coluna correspondente a esse

factor (ou combinação de factores) das Tabela 2.3 e Tabela 2.4, tal como no exemplo que se seguida

se apresenta.

Determinação do efeito e contraste de A para o presente exemplo de n=1 e k=4

𝐴 =18

[𝑎 + 𝑎𝑏 + 𝑎𝑐 + 𝑎𝑏𝑐 + 𝑎𝑑 + 𝑎𝑏𝑑 + 𝑎𝑐𝑑 + 𝑎𝑏𝑐𝑑 − (1) − 𝑏 − 𝑐 − 𝑏𝑐 − 𝑑 − 𝑏𝑑 − 𝑐𝑑 − 𝑏𝑐𝑑]

=18

[5,182 + 5,576 + 2,311 + 2,948 + 5,592 + 5,767 + 3,698 + 4,012 − 5,864

− 5,95− 2,905− 3,433− 6,119 − 6,307 − 4,18 − 4,359] =−4,031

8= −0,5039

Em que a quantidade representada entre parêntesis rectos corresponde ao contraste.

Proceder-se-á do mesmo modo para obter os restantes 14 efeitos e contrastes.

O valor obtido para o efeito do factor A significa que ao aumentar o factor A de 0,02 para 0,6 (valores

identificados para nível baixo e nível alto do factor A respectivamente) há uma diminuição na resposta

de 0,5039.

Com os efeitos todos calculados avalia-se a magnitude das interacções e escolhem-se as mais

significativas e, de forma a confirmar estes resultados, traça-se um normal probability plot. A sua

análise permite averiguar se, de facto, eram essas as interacções mais relevantes. Estas serão as

que mais se afastarem da linha recta que atravessa os pontos mas tendo simultaneamente em conta

o princípio da dispersão dos efeitos.

Finalmente obtém-se o modelo de regressão em que os efeitos são divididos por 2, pois os

coeficientes de regressão medem a alteração na variável observada quando a variável dependente

varia uma unidade, ao passo que o efeito estimado é baseado na variação de duas unidades, de -1

para 1 [12]. Assim sendo, e admitindo que no exemplo acima os efeitos relevantes são A, B, C, D, BC

e CD, o modelo de regressão obtido é o seguinte:

𝑦� = 4,368 − 0,252𝑥1 + 0,156𝑥2 − 1,157𝑥3 + 0,051𝑥2𝑥3 + 0,367𝑥4 + 0,215𝑥3𝑥4 Equação 2.19 Em que x1, x2, x3 e x4 correspondem a -1 ou +1 indicadores do nível dos factores A, B, C e D

respectivamente.

26

Page 39: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

O valor de 4,368 corresponde à média das observações. O valor estimado para quando, por exemplo,

apenas o factor A está no nível alto é o apresentado na Equação 2.20.

𝑦� = 4,368 − 0,252(+1) + 0,156(−1) − 1,157(−1) + 0,051(−1)(−1) + 0,367(−1)

+ 0,215(−1)(−1) = 5,286 Equação 2.20

É assim possível calcular os resíduos do modelo de regressão que são analisados da mesma forma

que a descrita no capítulo 2.3.5.

Dado que a análise factorial tem como objectivo determinar quais os factores (e suas combinações)

mais importantes na variável resposta e pode conter factores qualitativos, não é possível substituir na

Equação 2.19 os valores de xi por valores entre -1 e +1 nem valores fora deste intervalo já que os

valores observados apenas correspondem aos mínimos e máximos testados.

2.4 Interface entre a Gestão e a Produção

Nos casos em que é necessário a gestão ou departamento de engenharia de um processo transmitir

conhecimentos aos operários da produção, este pode ser feito por recurso a interfaces. Desta forma,

por exemplo, cálculos complexos estão “escondidos” do utilizador e este não têm necessariamente

que os compreender para completar a sua tarefa. Precisa apenas de introduzir no programa

informático o valor das variáveis de entrada e o software indica-lhe o que fazer passo a passo ou os

resultados que este deve esperar. Desta forma o trabalho é facilitado evitando que todas as decisões

simples tenham que passar presencialmente pelo engenheiro ou gestor.

No caso da FIMA, quando por motivos técnicos existem sobras de fases aquosas é, sempre que

possível, feito o seu reaproveitamento. Este deve ser feito tendo em conta a compatibilidade das

diferentes receitas e aceitando tolerâncias impostas pelos engenheiros do processo. É igualmente

indispensável que este reaproveitamento seja efectuado tendo em conta critérios económicos,

minimizando os custos.

Deverá então ser criado um programa que calcule as quantidades exactas de ingredientes a adicionar

à sobra existente para a converter noutra receita ou, no caso em que a tal não seja possível, indicá-lo

ao operador. O software a ser desenvolvido será usado pelos operadores da sala de controlo e

deverá ser para eles uma ferramenta eficiente e de fácil utilização – simples interface para o utilizador

– para que possa ser utilizado mesmo por pessoal com pouco treino.

O programa deve permitir ao operador escolher adicionar os ingredientes concentrados ou

previamente diluídos (mother solution) e ter a capacidade de aceitar tolerâncias impostas pelos

engenheiros do processo.

27

Page 40: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Capítulo 3

METODOLOGIAS E MATERIAIS

3.1 CRQS

De modo a garantir a qualidade perceptível dos produtos para o cliente e consumidor final e a

submeter-se às imposições da Unilever, a FIMA aplica os CRQS on-pack às unidades individuais de

consumo na fábrica.

3.1.1 Actualização e Tradução dos Documentos

É com base na versão dos documentos que é disponibilizada aos operários que estes avaliam as

embalagens. Procedeu-se portanto à actualização dos parâmetros a serem avaliados, já que os que

até Abril de 2014 eram usados correspondem a uma versão antiga, versão 2-2011. Para tal, fez-se

uma pesquisa dos documentos mais recentes de forma a disponibilizar aos operários a lista de novos

parâmetros a serem avaliados.

Os documentos disponibilizados pela Unilever estão em inglês e em formato PDF. Como os

colaboradores são de língua materna portuguesa e nem todos têm formação em inglês, procedeu-se

à sua tradução. Foi também criado um modelo do Word equivalente ao PDF disponibilizado para

facilitar actualizações futuras.

O grupo de excelência da Unilever exemplifica o tipo de defeitos que podem ser encontrados nas

embalagens, com fotografias genéricas, que abranjam diferentes versões do mesmo tipo de

embalagem. De modo a simplificar a aplicação desta avaliação de qualidade adaptaram-se os

documentos originais à realidade da FIMA. Para isso substituíram-se as fotografias ilustrativas dos

diferentes parâmetros por fotografias de embalagens de margarina, das marcas que actualmente são

produzidas na FIMA.

Foi ainda criada uma base de dados fotográficos, de produtos fotografados em todas as frentes para

que o operador pudesse consultar a imagem do padrão (e também as que ilustram os diferentes

defeitos) em caso de dúvida. Estas fotografias foram feitas tendo por base um documento interno da

Unilever [15] em que são descritas técnicas para fazer fotografias de qualidade nestes casos,

nomeadamente usar fundo branco e iluminação apropriada.

Finalmente criou-se uma instrução de trabalho para que a actualização destes documentos seja feita

com regularidade e a introdução dos novos parâmetros e novos produtos seja feita directamente para

a rede interna da FIMA.

28

Page 41: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

3.1.2 Formação aos Trabalhadores

Sempre que são introduzidos novos produtos ou são actualizados os parâmetros a serem avaliados,

estes têm de ser explicados com clareza aos operadores que fazem a avaliação, pois são eles que

têm o papel fundamental nesta inspecção de qualidade aparente. Deve também ser apresentada a

metodologia correcta de recolha de amostras.

A última formação que os colaboradores tinham recebido sobre o tema dos CRQS tinha ocorrido há

cerca de 2 anos. Neste período foram adicionados novos membros às equipas, aos quais foi

explicado genericamente (em alguns casos pelos próprios colegas) o método correcto de aplicação

das normas de qualidade.

Para saber qual a metodologia de recolha de amostras e preenchimento dos formulários que estava a

ser empregue, fez-se o acompanhamento dos operadores nas diferentes linhas de produção e

obteve-se através deles sugestões de melhoria e simplificação dos processos.

Após analisar as dificuldades e comportamentos incorrectos, face às normas da Unilever, preparou-

se uma sessão de formação. Esta constou numa apresentação oral de cerca de uma hora, com

suporte visual de PowerPoint e acesso no local aos formulários online idênticos aos existentes nos

computadores das linhas, para que estes pudessem ser preenchidos pelos formandos, em grupos e

esclarecendo dúvidas. A apresentação incluía a definição de CRQS, os requisitos da Unilever, o

motivo pelo qual devem ser preenchidos, o método de avaliação, o local de amostragem, como

classificar os parâmetros e preencher os respectivos registos e ainda as acções a tomar no caso de

serem encontrados defeitos. Salientaram-se as alterações face às mais recentes actualizações de

forma gráfica para fossem mais facilmente compreendidas. No final da apresentação organizou-se

um pequeno workshop para a aplicação das novas normas e esclarecimento de dúvidas.

Foi ainda feito o acompanhamento de funcionários a uma grande superfície com um pequeno

questionário (Figura 3.1) para que através da apresentação dos produtos nos expositores pudessem

identificar alguns defeitos que podem ser corrigidos nas linhas.

29

Page 42: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Figura 3.1 – Questionário fornecido aos novos colaboradores durante a visita a uma grande superfície.

3.2 Modelação do Valor de pH dos Produtos

Para satisfazer as necessidades da FIMA na introdução de novos produtos foi necessário criar um

modelo capaz de estimar a acidez destes a partir das suas composições.

Sempre que necessário foram feitos testes laboratoriais e medições do valor de pH usando um

medidor de pH e material corrente de laboratório. O medidor de pH da marca Metrohm com um grau

de precisão de ± 0,003 foi calibrado antes de cada ensaio experimental.

Apesar de a margarina ter um valor final de pH com que é distribuída aos consumidores, durante a

sua produção a medição deste parâmetro é feita na fase aquosa, pelos operadores, num laboratório

de apoio à produção. Posto isto, de entre os ingredientes a serem usados como inputs para a

modelação do valor de pH foram escolhidos apenas aqueles que são constituintes da fase aquosa.

Contudo, se fossem usados todos os componentes da fase aquosa o número de parâmetros seria

muito elevado, e para simplificar os modelos foram escolhidas 24 receitas em que os ingredientes

principais eram a água, soro de leite, NaCl (sal), ácido cítrico e sorbato de potássio. Os restantes

ingredientes que compunham a fase aquosa das 24 receitas escolhidas correspondiam a, no máximo,

0,01% em massa do total da fase pelo que foi admitido que a sua contribuição para o comportamento

ácido/base era desprezável. Na elaboração dos modelos o somatório das percentagens mássicas dos

5 ingredientes escolhidos corresponde portanto a 100%, pelo que se escolheu que a água não seria

incluída, sendo calculada por defeito (100 - (% soro de leite + % sal + % ácido cítrico + % sorbato de

potássio)).

3.2.1 Estudo Analítico

Inicialmente foi feito um estudo analítico da interacção entre os diferentes ingredientes baseado num

conjunto de receitas da produção. Este estudo teve por objectivo a caracterização do comportamento

ácido/base e servir de base para a criação de um modelo teórico para estimativa do valor de pH.

30

Page 43: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Sendo conhecidos os valores de pH e as densidades dos ingredientes individualmente e as

quantidades usadas nas receitas da produção, usando a relação entre o valor de pH e o número de

moles de H+ (pH = - log [H+]) calculou-se em média qual a quantidade de moles que são consumidas

nas reacções ácido/base. Determinou-se ainda se havia uma equação que descrevesse a relação

entre o número de moles de H+ que são fornecidas à mistura e o número de moles gastas nessas

reacções. Tentou ainda relacionar-se a quantidade de moles gastas com as percentagens mássicas

de cada um dos 5 ingredientes.

3.2.2 Estudo Empírico

Seguidamente fez-se um estudo experimental com o objectivo de servir para validar e melhorar o

modelo teórico previamente obtido.

Tendo por base as observações indicadas pelos operadores da sala de leite foi testada se a

colmatação das placas dos pasteurizadores podia ser devida a espuma ou sólidos formados por

reacção entre o sorbato de potássio e o ácido cítrico. Para testar essas observações recolheram-se

amostras de ambos os ingredientes, directamente dos tanques de preparação (na forma de mother

solution), à temperatura ambiente. As mother solutions estavam preparadas numa razão de 30% em

massa de componente puro em pó com 70% em massa de água da rede pública. Adicionaram-se os

dois componentes em percentagens correspondentes às de uma receita real e observou-se se havia

reacção evidente.

De seguida, foi testada a ordem de adição do sorbato de potássio e do ácido cítrico e se a velocidade

da reacção teria algum impacto evidente. Como os ingredientes são adicionados um de cada vez ao

tanque principal onde é preparada a fase aquosa e o ácido cítrico é (do conjunto dos ingredientes

testados) o ácido mais forte, pH=1,15, e o sorbato de potássio a base mais forte, pH=9,3 foi testado

se a ordem pela qual são adicionados estes dois ingredientes tem influência no valor do pH final

obtido. Para isso recolheram-se amostras dos cinco ingredientes principais, a água directamente da

rede e os restantes quatro ingredientes dos tanques de preparação de mother solution à temperatura

ambiente com composições mássicas (% w/w) de 30% para o soro de leite, ácido cítrico e sorbato de

potássio e 26,4% para o NaCl. Escolheu-se uma receita da produção e com as percentagens

mássicas de cada ingrediente no produto final foram efectuadas experiências à escala laboratorial em

que o volume final das amostras foi de 500 mL.

Foi também testada a possível influência das proteínas do soro de leite (α-lactalbumina e β-

lactoglobulina) no valor de pH da fase aquosa. Para isso voltou a escolher-se uma receita da

produção e procedeu-se no que diz respeito à recolha de amostras tal como indicado anteriormente

para o teste da ordem de adição. Neste caso foram usados volumes totais de amostra de 1000 mL.

Como o ácido cítrico é o maior contributor de iões H+ foi este o componente escolhido para

juntamente com o soro de leite construir a tabela dos diferentes ensaios (Tabela 3.1). Nestes ensaios

preparou-se uma “base” com água, salmoura de NaCl e sorbato de potássio nas proporções da

receita escolhida e fizeram-se variar os outros dois ingredientes de 5 em 5 % desde -20 a 20% face

31

Page 44: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

ao valor real das proporções da receita de acordo com a Tabela 3.1. Traçaram-se gráficos mantendo

cada um dos ingredientes constantes e avaliaram-se as influências do aumento de cada um deles.

Outro estudo empírico que foi necessário fazer para determinar o valor de pH da fase aquosa, foi a

análise factorial de acordo com o descrito no capítulo 2.3.6. Para este estudo foram usadas apenas

cinco ingredientes, sendo que apenas quatro foram usados para a construção dos modelos, já que a

água pode ser determinada por diferença para a totalidade da receita. A água foi então calculada

para se compor a totalidade da receita (100%). Das 24 receitas escolhidas inicialmente foram

escolhidos o valor máximo e mínimo que cada ingrediente toma, mas quando esse valor é zero (o

produto não contém esse ingrediente) em vez do mínimo foi escolhido valor mais baixo seguinte,

evitando desta forma testar a não influência desse componente.

32

Page 45: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Tabela 3.1 – Ensaios necessários para testar a influência das proteínas do soro de leite no pH da fase aquosa. O símbolo *** representa a proporção dos dois ingredientes na receita original.

Ácido Cítrico % s/Ácido -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

% mL 0 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 s/Soro 0

Soro

de

Leite

-20 30,3 -15 32,2 -10 34,1 -5 36,0 0 37,9 *** 5 39,8

10 41,7 15 43,5 20 45,4

Os intervalos escolhidos para os níveis baixo e alto encontram-se na Tabela 3.2. De forma a

simplificar a notação os ingredientes vão a partir de agora ser denotados pelas letras maiúsculas A,

B, C e D.

Tabela 3.2 – Níveis escolhidos para aplicação da análise factorial aos ingredientes principais. Fracções mássicas na fase aquosa.

Nível NaCl Soro de

leite Ácido Cítrico

Sorbato de Potássio

A B C D

Baixo (-) 0,02 0,01 0,001 0,003 Alto (+) 0,6 0,1 0,02 0,02

Sendo este um caso de uma análise factorial completa com 4 factores é necessário implementar-se

24=16 ensaios independentes. As combinações feitas nesta experiência foram as apresentadas na

Tabela 3.3.

Com os valores observados da variável dependente (pH) para os ensaios foram calculados os efeitos

e determinada a recta de regressão mais apropriada para este caso.

33

Page 46: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Tabela 3.3 – Combinações completas para os 16 ensaios da análise factorial a 4 factores.

Ensaio A B C D 1 -1 -1 -1 -1 2 1 -1 -1 -1 3 -1 1 -1 -1 4 1 1 -1 -1 5 -1 -1 1 -1 6 1 -1 1 -1 7 -1 1 1 -1 8 1 1 1 -1 9 -1 -1 -1 1

10 1 -1 -1 1 11 -1 1 -1 1 12 1 1 -1 1 13 -1 -1 1 1 14 1 -1 1 1 15 -1 1 1 1 16 1 1 1 1

Todas as recolhas de amostras foram feitas à temperatura ambiente, em recipientes de plástico e

esterilizados, tal como é feito pelos operadores quando procedem às medições de pH. As

percentagens mássicas de composição das mother solutions foram confirmadas através das rectas

de calibração próprias disponíveis no laboratório onde foram efectuadas as análises. Foi usado

material corrente de laboratório e um potenciómetro da marca Metrohm, modelo 780 pH Meter com

placa de agitação magnética. Foram usados agitadores magnéticos em todos os ensaios.

3.2.3 Construção dos Modelos de Acidez

Os modelos de previsão do valor de pH deverão ter em conta os estudos analíticos e experimentais

feitos, de modo a garantir que replicam o valor do pH o mais fielmente possível.

Após os dois estudos, foram criados vários modelos cujos inputs devem ser as percentagens

mássicas dos ingredientes, dado que estes se encontram em unidades de massa nas receitas, sendo

desta forma mais intuitivos para o utilizador.

Os vários candidatos a modelo preditivo foram estudados quanto aos seus parâmetros estatísticos de

modo a garantir resíduos baixos, ausência de tendências e erros de patamar (média dos resíduos

não nula) e ainda verificar se estão incluídas todas as variáveis relevantes e excluídas variáveis não

explicativas.

Foram escolhidos os modelos que estimassem o valor do pH o mais exacto possível e entre aqueles

que apresentam erros foi dada preferência aos que o prevêem por defeito – inferior ao medido – dado

que nesta situação é sempre possível corrigir o erro através da adição de ácido cítrico sem

consequências gravosas para a qualidade do produto.

34

Page 47: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Foram feitos modelos baseados em diferentes conjuntos de amostras. Uns foram feitos usando só as

24 receitas da produção, outros baseados nas receitas simuladas em laboratório (16 receitas obtidas

para a análise factorial mais 8 ensaios que foram feitos mantendo o ácido cítrico constante – média

entre o nível baixo e alto – fazendo os outros ingredientes variar da mesma forma que na análise

factorial entre o máximo e o mínimo), outros ainda baseados nas receitas da produção e nas

simuladas (combinadas), resultando 48 pontos (ou seja, 48 valores de pH correspondentes a todas as

receitas usadas) e finalmente modelos que tiveram por base 33 receitas que correspondem às 48

menos 15 que foram eliminadas por o valor de pH obtido nas receitas simuladas em laboratório ser

muito diferente dos obtidos nas receitas produzidas na FIMA.

A relação entre o valor de pH e a concentração molar de H+ é definida pela Equação 3.1. Foram feitas

duas aproximações para obter um modelo explicativo da acidez, inicialmente tentou modelar-se

directamente o valor de pH e de seguida modelou-se a concentração de H+ que foi depois submetida

à transformação logarítmica para obtenção dos resultados pretendidos.

𝑝𝐻 = −𝑙𝑜𝑔10[𝐻+] Equação 3.1

Foram ajustados modelos lineares e não lineares tanto à modelação do valor de pH como da

concentração de [H+]. Nestes ajustes foram sempre usadas as percentagens mássicas dos

ingredientes puros principais dentro da fase aquosa.

A determinação dos parâmetros desconhecidos βi foi feita recorrendo à metodologia da regressão

linear múltipla apresentada no capítulo 2.3.1 e quando tal não foi possível utilizou-se a ferramenta

solver do Excel. Todos os modelos testados foram avaliados quanto aos erros, variância, coeficiente

de regressão, obliquidade e curtose.

3.2.4 Ferramenta de Previsão do Valor do pH

Para que os modelos determinados pudessem ser usados pelos engenheiros do processo de uma

forma simples e prática, foi criada uma interface que permite ao utilizador fornecer ao programa as

percentagens mássicas dos quatro componentes principais puros ou na forma de mother solution e

obter o valor estimado de pH previsto pelo modelo escolhido bem como toda a informação estatística

relevante em relação a esse modelo. O programa mostra ainda como foi feita a modelação e a

quantidade de pontos que estão na base da construção do modelo e ainda calcula o intervalo de

confiança da previsão a um nível de significância escolhido pelo utilizador.

Como o objectivo principal da modelação do valor de pH era estimar a quantidade de regulador de

acidez necessária para obter um determinado valor alvo, foi feita também a inversão da equação

permitindo ao utilizador dar como input ao programa as percentagens mássicas de soro de leite,

salmoura e sorbato de potássio e o valor de pH alvo obtendo finalmente a percentagem de ácido que

cada modelo prevê ser necessária. Nesta adaptação do calculador inicial são também fornecidos

todos os parâmetros estatísticos relevantes. Ambos os calculadores foram desenvolvidos em Excel

com recurso a VBA (Visual Basic for Applications).

35

Page 48: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

3.3 Optimização do Aproveitamento de Fases

Para efectuar os cálculos da conversão das fases aquosas de uma forma mais rigorosa e eficaz e

segundo todos os parâmetros impostos pelas chefias, foi desenvolvida uma aplicação em Excel que

indica em cada caso as acções que devem ser tomadas e quantidades de ingredientes a serem

adicionadas à sobra do batch anterior pelos operadores da sala de controlo.

3.3.1 Descrição da Aplicação

A aplicação inclui um conjunto de receitas de produtos actualmente produzidos na FIMA. A partir das

quantidades dos ingredientes presentes nestas receitas, da quantidade de sobra e da quantidade a

produzir desejada, a aplicação informa o operador da decisão a tomar no sentido do aproveitamento

ou não dessa sobra. Calcula também as quantidades de ingredientes a adicionar à sobra para a

converter na receita de destino pretendida e a sua respectiva divisão pelos tanques disponíveis. A

quantidade a produzir é pedida em termos de fase gorda pois é esta que é usada habitualmente pelos

operadores para fazer as conversões, evitando deste modo possíveis confusões. Definida esta

quantidade, é posteriormente estabelecida a fase aquosa necessária a partir da percentagem de

gordura presente em cada receita.

A aplicação verifica se a receita de origem é compatível com a de destino através da análise dos

ingredientes de ambas, tendo em conta que, por decisão da engenharia, o excesso de vitaminas e

corantes é permitido e o excesso de aroma requer aprovação prévia da chefia. A aplicação contempla

o custo das matérias-primas na decisão de aproveitamento, informando o operador da decisão mais

económica.

Finalmente a aplicação tem em conta a capacidade dos tanques disponíveis para a produção e

apresenta ao utilizador o método de divisão da sobra pelos tanques para que a transformação da

receita correspondente à sobra para a receita de pretendida minimize erros de divisão e medição. As

quantidades dos ingredientes a adicionar podem ser exibidas na forma pura ou em mother-solution

mediante escolha do utilizador.

A aplicação foi desenvolvida em Excel com recurso a VBA, já que este é uma aplicação que existe

actualmente nos computadores operados na sala de controlo. No sentido de testar a aplicação

desenvolvida foram introduzidas como base de dados de receitas as 24 fases aquosas mais usadas,

contudo a folha de cálculo foi formatada para que outras receitas possam ser adicionadas com

facilidade em trabalhos futuros.

Verifica-se também que só muito raramente os operadores efectuam correcções à água durante a

preparação das fases aquosas, quando os ingredientes são adicionados na forma concentrada. Dado

que o programa desenvolvido para o reaproveitamento contém funcionalidades para que a adição se

faça na forma concentrada ou diluída, este permite também ao operador a possibilidade de fazer a

correcção da água numa receita arbitrária, mesmo que não seja em aproveitamento de sobras.

36

Page 49: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Capítulo 4

RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1 CRQS

4.1.1 Documentação

Ao fazer uma pesquisa dos documentos actualizados foi possível elaborar os documentos CRQS,

adaptados à realidade dos produtos produzidos na FIMA. A versão resultante, em uso actual, é a

versão 3-2012, que está em português garantindo deste modo que os parâmetros são compreendidos

por todos.

Obtiveram-se documentos completos actualizados, traduzidos e com fotografias ilustrativas de

produtos que são produzidos na FIMA. Estes produtos podem apresentar dois tipos de embalagens,

envoltórios ou recipientes de plástico com tampa. Assim sendo foram elaborados dois documentos

distintos, o primeiro com 15 páginas correspondente a 13 potenciais defeitos encontrados em

envoltórios, exemplificado na Figura 4.1, e o segundo com 27 páginas correspondente a 25 potenciais

defeitos encontrados em recipientes plásticos com tampa (exemplificado na Figura 4.2.) Ambos

apresentam uma página de capa com a indicação do tipo de classificação, a versão a que

corresponde e a data da elaboração do documento e ainda uma página de índice.

Figura 4.1 – Página exemplificativa do documento CRQS dos envoltórios.

37

Page 50: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Figura 4.2 – Página exemplificativa do documento CRQS dos recipientes de plástico com tampa.

Ao construir-se de novo estes documentos pela impossibilidade de editar os documentos em formato

PDF disponibilizados, foi criado um template com variáveis editáveis para facilitar futuras

actualizações. Deste modo sempre que são adicionados ou alterados os parâmetros a serem

avaliados não é necessário reconstruir o documento completo.

As fotografias que ilustram os defeitos e que constam da versão actualizada dos documentos foram

obtidas realizando vários ensaios fotográficos ao longo do decurso desta actualização. Tanto quanto

possível fotografaram-se embalagens com defeitos reais (Figura 4.3), retiradas directamente da linha

de produção (antes do enchimento das caixas de cartão), mas houve casos em que tal não foi

praticável. Nestes foram simulados defeitos que retratavam da melhor forma o defeito em questão.

Os defeitos simulados (Figura 4.4) foram feitos de um modo realista de forma a evitar provocar

defeitos impossíveis de acontecer. Quando, por exemplo não foi possível recolher na linha amostras

de envoltórios com a propriedade de esmagamento, usou-se uma embalagem que estava em

perfeitas condições e amassou-se uma zona de forma a provocar um defeito que numa situação de

mal funcionamento da máquina poderia ter sido provocada durante o encaixotamento. O mesmo se

aplicou à propriedade de componentes em falta em que por exemplo, num balde de plástico com

tampa foi retirada a asa do balde de forma a provocar o defeito.

38

Page 51: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Figura 4.3 – Defeito real retirado directamente da linha de produção. A máquina estava a cortar incorrectamente os envoltórios impossibilitando a leitura da informação legal e códigos de barras.

Figura 4.4 – Defeito simulado. Por impossibilidade de recolher amostra que retractasse o defeito montagem incorrecta, aquando da elaboração do ensaio fotográfico foi trocada a tampa do produto

por outra que não lhe correspondia.

Foi construída uma base de dados com 50 produtos, fotografados em todas as frentes de forma a ser

usada como comparação quando existem dúvidas da aparência da embalagem original. Esta foi

implementada nos computadores das linhas de produção e pode ser consultada a qualquer momento

pelos operadores. O aspecto do padrão de um produto que já pertence a esta biblioteca fotográfica é

ilustrado na Figura 4.5.

Figura 4.5 – Padrão para um dos produtos incluídos na base de dados.

39

Page 52: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Por recurso à consulta dos padrões, um operador pode por exemplo consultar qual o local correcto

para a impressão da data de validade e lote de um determinado produto.

Para sistematizar a elaboração dos formulários dos CRQS foi criada uma instrução de trabalho. Nesta

é descrita a metodologia a usar na actualização das bases de dados fotográficos (padrões) de novos

produtos e alterações às normas de qualidade definidas pela Unilever. Esta instrução contém

detalhadamente os nomes a dar aos ficheiros, a localização dos documentos actualizados (Figura

4.6), a periodicidade das actualizações, onde e como os operários podem consultar os parâmetros na

rede informática (Figura 4.7) e a chefia a contactar em caso de necessidade de actualizações ou

dúvidas.

Global Consumer Standards Global Standards with Generic Photos

Fixed Standards Foods CRQS Standards

Figura 4.6 – Localização dos documentos actualizados na rede interna da Unilever.

As alterações aos documentos CRQS estão protegidas por palavra passe e só podem ser feitas pelos

responsáveis pela qualidade. O acesso á rede interna da Unilever dentro da FIMA está sujeito a

aprovação prévia da chefia e como tal os operadores não têm acesso aos menus apresentados na

Figura 4.6.

40

Page 53: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Figura 4.7 – Aparência da folha de avaliação das amostras nos computadores das linhas de produção, com chamada das imagens padrão do produto em análise.

4.1.2 Formação

Após todos os documentos serem actualizados, as alterações em relação às anteriores normas de

qualidade foram comunicadas aos operadores na forma de uma apresentação em PowerPoint. Foram

destacados os aspectos mais importantes da aplicação destas normas de qualidade e explicada com

clareza a metodologia correcta para a recolha e classificação das amostras, tal como demonstrado na

Figura 4.8.

Figura 4.8 – Método de recolha de amostras para a classificação dos parâmetros CRQS.

Foram também mostrados exemplos de produtos com a respectiva classificação segundo o código de

cores indicado pela Unilever e explicitados os motivos pelos quais cada uma das amostras tinha a

classificação indicada (Figura 4.9).

41

Page 54: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Figura 4.9 – Exemplo de classificação de três amostras do mesmo produto segundo o código de cores da Unilever.

No final da apresentação foi feita uma actividade prática para que fosse possível os operadores

familiarizarem-se com as novas regras e defeitos a serem classificados. Para isso pedido aos

formandos que se juntassem em grupos e a cada um dos grupos foram fornecidas embalagens com

defeitos (uns reais outros simulados) e um questionário (Anexo A) acerca da classificação que fariam

em cada caso. De seguida preencheram também em grupo os formulários online equivalentes aos

que são preenchidos nos computadores das linhas de produção.

A acção de formação foi feita duas vezes, em dias distintos e a dois grupos de operários de cerca de

10 elementos cada. Mostraram-se interessados e participativos e colocaram dúvidas durante e no

final da apresentação. Alguns deles apresentaram queixas acerca do tempo despendido a preencher

os formulários nas linhas durante a produção. Baseiam as queixas na falta de tempo para preencher

correctamente e de hora a hora os questionários da qualidade, pois normalmente existe apenas um

trabalhador por cada linha que é responsável por várias tarefas (medição de humidade e pesos,

alimentação de caixas de cartão à encaixotadora, pequenas avarias, etc.) durante o funcionamento

da máquina.

Os novos funcionários foram acompanhados a uma grande superfície onde puderam verificar

pessoalmente a importância da correcta aplicação dos CRQS. Lá avaliaram a aparência estética dos

produtos expostos nas prateleiras (Figura 4.10) para que quando passassem para a produção

pudessem identificar o que tinha causado os defeitos encontrados e ficassem sensibilizados para a

relevância da amostragem à saída das linhas de produção. Todos os intervenientes se mostraram

críticos aos mais pequenos detalhes de defeitos o que, no que diz respeito à sua actividade futura

enquanto operadores de máquinas de produção e preenchimento de CRQS, é extremamente

positivo.

42

Page 55: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Figura 4.10 – Tipos de defeitos encontrados em grandes superfícies.

4.2 Estudo e Criação de uma Ferramenta de Previsão de Valores de pH

No sentido de se obter uma ferramenta capaz de prever a acidez das fases aquosas das receitas

produzidas na FIMA foram feitas várias tentativas como aproximações para obter um modelo capaz

de explicar a variação do valor de pH com os ingredientes que compõem a fase. Numa primeira fase

tentaram-se soluções baseadas em receitas das linhas de produção e de seguida procederam-se a

conjuntos de ensaios laboratoriais.

4.2.1 Modelação Empírica

Dado o número de ingredientes e reacções entre eles aquando da preparação da fase aquosa uma

solução analítica exacta baseada nas equações químicas e conversões de matérias-primas é

improvável. Deste modo tentou-se como aproximação teórica somar a quantidade de moles de iões

H+ provenientes de cada um dos cinco ingredientes principais (água, soro de leite, salmoura, ácido

cítrico e sorbato de potássio) e usando a quantidade de moles H+ residual (correspondente ao valor

de pH observado) calcular a quantidade de moles consumidas em cada caso. Foi feito este cálculo

para 24 receitas da produção das quais era conhecido o pH final, o pH e densidade de cada

ingrediente individualmente e as quantidades mássicas de cada ingrediente dentro da fase aquosa. A

determinação do número de moles provenientes de cada ingrediente (i) foi feita por recurso às

seguintes expressões:

𝑉𝑖 =𝑚𝑖

𝜌𝑖 Equação 4.1

[𝐻+]𝑖= 10−𝑝𝐻𝑖 Equação 4.2

[𝐻+]𝑖=𝑛(𝐻+)𝑖𝑉𝑖

Equação 4.3

𝑛(𝐻+)𝑖 = 𝑉𝑖 × 10−𝑝𝐻𝑖 Equação 4.4

𝑛(𝐻+)𝑓 = 𝑉𝑓 × 10−𝑝𝐻𝑟𝑒𝑐𝑒𝑖𝑡𝑎 Equação 4.5

43

Page 56: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

𝑉𝑓 = �𝑉𝑖 Equação 4.6

Em que V representa o volume, n o número de moles, m a massa, ρ a densidade e [ ] a concentração

molar (mol/L).

A obtenção do número de moles de H+ final (f) é obtida usando as Equação 4.5 e Equação 4.6. Com

estes resultados é possível determinar para cada caso o número de moles gastas (consumidas) na

reacção segundo a Equação 4.7.

𝑛(𝐻+)á𝑔𝑢𝑎 + 𝑛(𝐻+)𝑠𝑜𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑒𝑖𝑡𝑒 + 𝑛(𝐻+)𝑠𝑎𝑙𝑚𝑜𝑢𝑟𝑎 + 𝑛(𝐻+)á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑐𝑖𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜

+ 𝑛(𝐻+)𝑠𝑜𝑟𝑏𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑡á𝑠𝑠𝑖𝑜 − 𝑛(𝐻+)𝑔𝑎𝑠𝑡𝑎𝑠 = 𝑛(𝐻+)𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 Equação 4.7

De seguida foi calculada a percentagem de moles consumidas face ao total de moles que entraram

no sistema para cada receita e determinou-se que para o conjunto de produtos estudados o valor

médio era de 87% com um desvio padrão de 6%. Para avaliar se esta média é representativa do que

acontece na generalidade dos casos, estimaram-se os valores do pH com recurso a ela, ou seja

considerou-se que no final apenas existiriam 13% das moles de H+ que foram fornecidas ao sistema.

A expressão que estima o valor de pH em cada receita resulta da combinação das Equação 4.1 a

Equação 4.7 substituindo os valores das constantes indicadas na Tabela 4.1. Com isto obtém-se a

Equação 4.8.

Tabela 4.1 – Valores de pH e densidade usados para a água e para as diluições em água dos principais ingredientes das fases aquosas.

pH ρ (kg/L)

Água 7,20 1,00 Soro de Leite 30% 6,40 1,09 Salmoura 26,4% 6,60 1,17

Ácido Cítrico 30% 1,15 1,12 Sorbato de Potássio 30% 9,30 1,09

𝑝𝐻𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = − log10�8,152 × 10−9 × (𝑣 𝑣⁄ )á𝑔𝑢𝑎 + 5,143 × 10−8 × (𝑣 𝑣⁄ )𝑠𝑜𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑒𝑖𝑡𝑒 + 3,245

× 10−8 × (𝑣 𝑣⁄ )𝑠𝑎𝑙𝑚𝑜𝑢𝑟𝑎 + 9,146 × 10−3 × (𝑣 𝑣⁄ )á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑐𝑖𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 + 6,475

× 10−11 × (𝑣 𝑣⁄ )𝑠𝑜𝑟𝑏𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑡á𝑠𝑠𝑖𝑜�

Equação 4.8

Com isto foi possível calcular os resíduos (real-estimado) e para estes obteve-se um valor máximo de

0,63 e mínimo de -0,32. Foram calculados os parâmetros estatísticos (Tabela 4.2) e traçado o

histograma dos resíduos com sobreposição da distribuição normal (Figura 4.11).

44

Page 57: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Tabela 4.2 – Parâmetros estatísticos da distribuição dos resíduos para a análise teórica usando a média.

R2 0,587

μ (média dos resíduos) 5,89E-02

σ² 6,34E-02

Obliquidade 9,70E-01

Curtose 5,70E-01

Figura 4.11 – Histograma dos resíduos (εi) no valor de pH das fases aquosas (de 24 receitas) com sobreposição da distribuição normal para a análise teórica usando a média.

Os 24 resíduos foram divididos em 7 classes e o valor indicado no eixo das abcissas corresponde ao

centro da classe.

O coeficiente de determinação é baixo e o modelo tem resíduos elevados nomeadamente em 3

receitas e os resíduos são mal comportados apresentado uma média não nula e tendência a prever o

valor de pH por excesso. Esta análise indica que existem parâmetros não modelados ou

incorrectamente modelados. Verifica-se por estes motivos que este não é um modelo adequado às

necessidades da FIMA.

No sentido de tentar melhorar o modelo, em vez de considerar o valor médio de 87,08% para o

consumo de moles de H+, ajustou-se uma recta ao consumo real observado de modo a obter o

declive desta forçando a intersecção com eixo das ordenadas a zero para eliminar a dependência do

volume no modelo final (Figura 4.12). Determinou-se que se consumiam 81,65 moles de H+ por cada

100 moles de H+ adicionadas na formulação da fase aquosa das receitas.

0123456789

-0,248 -0,113 0,022 0,157 0,292 0,426 0,561

Freq

uênc

ia A

bsol

uta

Resíduos

45

Page 58: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Figura 4.12 – Ajuste de uma recta ao consumo real de moles de H+ em função do número de moles dos ingredientes.

Fez-se a alteração ao modelo previamente analisado (Equação 4.8), ficando assim com o modelo

descrito pela Equação 4.9.

𝑝𝐻𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = − log10�1,158 × 10−8 × %(𝑣 𝑣⁄ )á𝑔𝑢𝑎 + 7,305 × 10−8 × %(𝑣 𝑣⁄ )𝑠𝑜𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑒𝑖𝑡𝑒

+ 4,609 × 10−8 × %(𝑣 𝑣⁄ )𝑠𝑎𝑙𝑚𝑜𝑢𝑟𝑎 + 1,299 × 10−2 × %(𝑣 𝑣⁄ )á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑐𝑖𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜

+ 9,197 × 10−11 × %(𝑣 𝑣⁄ )𝑠𝑜𝑟𝑏𝑎𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑡á𝑠𝑠𝑖𝑜�

Equação 4.9

Com este modelo foram recalculados os parâmetros estatísticos que se apresentam na Tabela 4.3 e

Figura 4.13. Após a análise destes resultados conclui-se que este modelo é pior do que o

anteriormente analisado, pois o coeficiente de regressão é mais baixo e a média afastou-se ainda

mais do zero.

Tabela 4.3 – Parâmetros estatísticos da distribuição dos resíduos para a análise teórica usando o ajuste linear do gasto de moles de H+.

R2 0,323

μ 2,11E-01

σ² 6,34E-02

Obliquidade 9,70E-01

Curtose 5,70E-01

y = 0,8165x R² = 0,9908

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,00 0,20 0,40 0,60nH

+ ga

stas

nH+ entram

46

Page 59: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Figura 4.13 – Histograma dos resíduos (εi) no valor de pH das fases aquosas (de 24 receitas) com sobreposição da distribuição normal para a análise teórica usando o ajuste linear do gasto de moles

de H+.

Em ambas as análises verificou-se que os erros mais altos corresponderam a receitas com pouco

ácido cítrico (dados omissos), o que sugere que este ingrediente tem uma componente de ordem

superior na estimação do valor de pH que não se encontra modelada. Assim sendo, é necessário

proceder experimentalmente no sentido de perceber se esta suposição acerca do ácido cítrico se

verifica e também modelar as interacções entre os ingredientes.

4.2.2 Ensaios Laboratoriais

Efeito conjunto ácido cítrico – sorbato de potássio

Numa primeira aproximação experimental testou-se a reacção entre o ácido cítrico e o sorbato de

potássio. Verificou-se que estes dois ingredientes na presença exclusiva um do outro reagem entre si.

A reacção é visível imediatamente após mistura. A adição dos dois líquidos transparentes (sorbato

ligeiramente amarelado) forma uma suspensão branca, opaca, com textura de espuma e alguns

flocos brancos facilmente dissolvidos por agitação, ficando após homogeneização com a consistência

de uma espuma fina. À temperatura ambiente a emulsão final apresenta cor branca e alguma

viscosidade. Estas observações são consistentes com o observado pelos operadores da sala de

controlo nas placas dos pasteurizadores.

De seguida foi testado se a ordem pela qual os ingredientes ácido cítrico e sorbato de potássio são

adicionados à mistura, influencia o valor final do pH. Estes ingredientes foram escolhidos por

corresponderem ao ácido mais forte e base mais forte da mistura, respectivamente. Preparou-se um

ensaio laboratorial correspondente a uma receita da produção e testaram-se ambas as hipóteses.

Primeiro (teste 1) fez-se uma “base” correspondente aos ingredientes restantes (água, soro de leite e

salmoura) e no final da adição da salmoura começou a contagem do tempo registando-se os valores

de pH de 15 em 15 segundos. Após a leitura estabilizar adicionou-se o ácido cítrico na proporção

correspondente á receita em estudo e mais uma vez fizeram-se medições de pH de 15 em 15

segundos. Finalmente adicionou-se o sorbato de potássio e registaram-se novamente as medições

0

2

4

6

8

10

-0,028 0,107 0,242 0,376 0,511 0,646 0,781

Freq

uênc

ia A

bsol

uta

Resíduos

47

Page 60: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

ao longo do tempo. Após traçar o gráfico da variação do pH ao longo do tempo verifica-se que o pH

estabiliza praticamente instantaneamente (Figura 4.14).

Figura 4.14 – Teste sobre a ordem de adição de ácido e base fortes à pré-mistura “base” em que primeiro foi adicionado o ácido cítrico e de seguida o sorbato de potássio.

No seguimento do ensaio sobre a importância da ordem de adição repetiu-se o acima descrito

alterando a ordem do ácido e do sorbato (teste 2) e obtiveram-se os pontos ilustrados na Figura 4.15.

Figura 4.15 – Teste sobre a ordem de adição de ácido e base fortes à pré-mistura “base” em que primeiro foi adicionado o sorbato de potássio e de seguida o ácido cítrico.

No teste 1 obteve-se 4,645 para o valor de pH final da mistura e no teste 2 o valor de 4,641, sendo a

diferença observada de um teste para o outro de 0,09%. Admite-se que sendo estes valores tão

semelhantes, a diferença se deve a possíveis erros de medição na preparação das soluções e

portanto a ordem de adição dos dois ingredientes estudados não tem qualquer influência no valor de

pH obtido.

Os pontos observados ao longo do tempo nos dois gráficos sugerem que a velocidade da reacção é

elevada, sendo praticamente instantânea. Contudo este ensaio foi feito usando quantidades de

0,01,02,03,04,05,06,07,08,0

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

pH

Tempo (s)

Adição de ácido cítrico

Adição de sorbato de potásio

0,01,02,03,04,05,06,07,08,0

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

pH

Tempo (s)

Adição de ácido cítrico

Adição de sorbato de potássio

48

Page 61: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

ingredientes pequenas, enquanto que à escala da produção são usadas quantidades muito

superiores de matérias primas pelo que a homogeneização das misturas deve ser feita durante algum

tempo antes do operador proceder à leitura dos parâmetros a controlar.

Efeito conjunto do ácido cítrico – soro de leite

Sobre a hipótese de testar se as proteínas do soro de leite teriam alguma influência no valor de pH da

fase aquosa final, fizeram-se 100 ensaios experimentais de acordo com a Tabela 3.1. As linhas da

tabela correspondem a ensaios feitos com quantidades fixas de soro de leite e com os valores de pH

obtidos construiu-se o gráfico da Figura 4.16.

Figura 4.16 – Variação do pH com o volume de ácido cítrico a quantidades constantes de soro de leite.

Pode observar-se que quanto maior é a quantidade de ácido adicionada mais baixo é o valor de pH, o

que também é visível analisando as rectas de regressão linear ajustadas a cada série de pontos onde

todas têm declive negativo (Tabela 4.4).

Tabela 4.4 – Rectas de ajuste às séries de pontos correspondentes às variações de pH mantendo a quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b.

m b R2 s/Soro -0,614 6,686 0,953

-20 -0,589 6,745 0,958 -15 -0,579 6,702 0,956 -10 -0,583 6,731 0,954 -5 -0,566 6,676 0,957 0 -0,562 6,677 0,954 5 -0,558 6,661 0,958

10 -0,539 6,617 0,958 15 -0,536 6,615 0,954 20 -0,537 6,626 0,957

3,74,14,54,95,35,76,16,56,9

0 1 2 3 4 5

pH

Volume de Ácido Cítrico (mL)

s/Soro-20-15-10-505101520

49

Page 62: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

As rectas de ajuste indicam a uma tendência de variação quase linear tendo todos os 10 ensaios

feitos a soro de leite constante coeficientes de determinação, R2, superiores a 0,95.

Do mesmo modo traçou-se o gráfico da variação do pH (Figura 4.17) e ajustaram-se as respectivas

rectas (Tabela 4.5) para quantidades fixas de ácido cítrico, que correspondem às colunas da Tabela

3.1

Figura 4.17 – Variação do pH com o volume de soro de leite a quantidades constantes de ácido cítrico.

Tabela 4.5 – Rectas de ajuste às séries de pontos correspondentes às variações de pH mantendo a quantidade de ácido cítrico fixa. pH = m*(volume de soro de leite – mL)+b.

m b R2 s/Ácido -0,0050 7,024 0,810

-20 0,0049 4,555 0,991 -15 0,0050 4,488 0,992 -10 0,0049 4,434 0,984 -5 0,0049 4,375 0,983 0 0,0050 4,323 0,982 5 0,0051 4,267 0,983

10 0,0053 4,213 0,974 15 0,0056 4,163 0,972 20 0,0057 4,113 0,970

À excepção da série que descreve o comportamento do sistema quando não é adicionado ácido

cítrico, o pH aumenta com o aumento do volume de soro de leite, também evidente quando se analisa

o declive das rectas ajustadas que é sempre positivo. É demonstrada tendência linear com

coeficientes de determinação superiores a 0,97. Quanto maior é a quantidade de ácido (cada série de

pontos) maior o declive da recta ajustada, ou seja o valor de pH varia mais para a mesma quantidade

de soro adicionada. Quanto à série de pontos correspondentes á ausência de ácido, verifica-se que a

4,04,44,85,25,66,06,46,8

0 10 20 30 40 50

pH

Volume de Soro de Leite (mL)

s/Ácido-20-15-10-505101520

50

Page 63: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

tendência se inverte sendo que o valor de pH diminui com o aumento da quantidade de soro de leite

(declive negativo).

As principais proteínas constituintes do soro de leite são a β-lactoglobulina (cerca de 55%) e a α-

lactalbumina (cerca de 15%) que constituem cerca de 70% do seu conteúdo proteico total [16]. Estas

apresentam grande estabilidade térmica, ou seja capacidade de resistir ao calor sem alterações que

prejudiquem a sua conformação, nomeadamente unfolding e agregações proteína-proteína

(covalentes ou não). A agregação térmica pode ser influenciada por vários factores, nomeadamente o

valor de pH que vai alterar a carga electroestática das moléculas proteicas. A agregação das

proteínas do soro de leite ocorre rapidamente a pH entre 4,8 e 5,3 que corresponde ao intervalo dos

pontos isoeléctricos (PI) das proteínas referidas. No caso da β-lactoglobulina a variação de carga com

o valor de pH ocorre (no caso) de acordo com a Figura 4.18.

Figura 4.18 – Variação da carga global da β-lactoglobulina com o valor de pH (adaptado [16]).

A alteração do comportamento verificada na série de pontos que corresponde ao ensaio feito sem

ácido pode ser explicada por este facto, já que em todos os restantes a proteína terá uma carga total

positiva enquanto que neste caso em que foi determinado um pH entre 6,8 e 6,9 terá carga negativa e

portanto uma alteração de conformação/comportamento. A tendência verificada da diminuição do

ácido adicionado levar à observação de uma diminuição do declive nos traçados da Figura 4.17 é

também explicada ao diminuir a quantidade de iões H+ fornecidos ao sistema o pH sobe e as

proteínas começam a mudar o comportamento ao aproximarem-se do seu ponto isoeléctrico sendo a

variação do pH mais lenta. A pH igual a 5,2 (PI da β-lactoglobulina [16]) a interacção proteína-

proteína é esperada ser máxima e abaixo deste valor as forças repulsivas são favorecidas. Contudo

não foram analisadas as possíveis influências dos restantes constituintes do soro de leite que podem

apresentar algum poder tampão, como por exemplo, os fosfatos.

De seguida converteram-se os volumes de todos os ensaios em percentagens mássicas de mother

solution, %(w/w) e ajustaram-se as melhores rectas de regressão a cada caso com o objectivo de

criar um modelo de previsão de pH baseado na variação dos dois ingredientes em estudo. Desta

tentativa excluiu-se o ensaio sem ácido pois os valores de pH são muito superiores aos praticados na

FIMA. Os produtos aí produzidos têm pH inferior a 5 nunca ultrapassando o ponto isoeléctrico das

proteínas do soro bovino, tendo portanto um comportamento mais previsível.

51

Page 64: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Depois de analisar as curvas de regressão obtidas (ajuste quadrático de 2ª ordem) que têm

coeficientes de regressão bastante altos, conclui-se que o ácido cítrico parece ter um comportamento

tendencialmente quadrático ao passo que o do soro de leite parece ser mais linear. Com isto decidiu-

se usar a ferramenta Solver do Excel para minimizar a soma dos quadrados do erro e encontrar as

constantes para o modelo que expressa o pH em função do ácido cítrico e soro de leite, ambos

quadráticos. O modelo encontrado é o que se apresenta na Equação 4.10.

𝑝𝐻 = 30,7 × (%(𝑤 𝑤⁄ )𝑠𝑜𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑒𝑖𝑡𝑒)2 + 2,39 × %(𝑤 𝑤⁄ )𝑠𝑜𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑒𝑖𝑡𝑒

+ 2,85 × 10−4 × (%(𝑤 𝑤⁄ )á𝑐𝑖𝑑𝑜)2 − 484 × %(𝑤 𝑤⁄ )á𝑐𝑖𝑑𝑜 + 5,89

Equação

4.10

O modelo tem um R2 de 0,997, um resíduo mínimo de -0,015 e máximo de 0,023. Comparando as

constantes multiplicativas de ambos os termos quadráticos verifica-se que de facto a que

corresponde ao ácido cítrico é muito superior indicando uma variação quadrática acentuada neste

termo. Contudo este modelo ainda que com um coeficiente de regressão bastante alto e erros muito

reduzidos, só é aplicável a receitas cujas composições em soro de leite e ácido cítrico estejam nas

vizinhanças próximas das usadas e sem que se variasse a “base” de água, salmoura e sorbato de

potássio usada nestes ensaios.

4.2.3 Testes com Programação Factorial

Aplicando a metodologia da análise factorial foi possível determinar de entre todas as interacções

possíveis entre os 4 ingredientes principais (salmoura, soro de leite, ácido cítrico e sorbato de

potássio) quais aquelas que têm maior relevância na explicação da variação do pH. Os valores

obtidos para cada um dos 16 ensaios bem como a média dos valores observados encontram-se na

Tabela 4.6. Usaram-se os passos apresentados no capítulo 2.3.6 para determinar os contrastes e os

efeitos indicados na Tabela 4.7.

52

Page 65: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Tabela 4.6 – Valores de pH medidos para as 16 fases aquosas constituintes do estudo da análise factorial a 4 factores.

A B C D Valor

Observado Sal Soro de leite

Ácido Cítrico

Sorbato de

Potássio -1 -1 -1 -1 5,864 1 -1 -1 -1 5,182

-1 1 -1 -1 5,95 1 1 -1 -1 5,576

-1 -1 1 -1 2,905 1 -1 1 -1 2,311

-1 1 1 -1 3,433 1 1 1 -1 2,948

-1 -1 -1 1 6,119 1 -1 -1 1 5,592

-1 1 -1 1 6,307 1 1 -1 1 5,767

-1 -1 1 1 4,18 1 -1 1 1 3,698

-1 1 1 1 4,359 1 1 1 1 4,012

Média 4,638

Tabela 4.7 – Contrastes e efeitos para a análise factorial completa a 4 factores.

Contrastes Efeitos

A -4,031 -0,504 B 2,501 0,313

AB 0,539 0,067 C -18,511 -2,314

AC 0,215 0,027 BC 0,815 0,102

ABC -0,051 -0,006 D 5,865 0,733

AD 0,239 0,030 BD -0,789 -0,099

ABD -0,295 -0,037 CD 3,439 0,430

ACD 0,261 0,033 BCD -0,555 -0,069

ABCD 0,347 0,043

53

Page 66: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Analisando os efeitos é evidente que aquele mais significativo é o efeito individual do C que indica

que aumentando a percentagem mássica do ácido do nível baixo (0,001) para o nível alto (0,02),

mantendo os restantes factores constantes, há uma diminuição esperada no valor de pH de 2,314.

Escolheram-se como efeitos mais significativos os efeitos simples (A, B, C e D) e a interacção entre o

ácido e o sorbato de potássio (CD) e a do soro de leite com o ácido cítrico (BC). De seguida traçou-se

a normal probability plot normalizada de forma a confirmar os resultados obtidos (Figura 4.19).

Figura 4.19 – Normal probability plot normalizada para os efeitos das combinações dos 4 factores.

Confirma-se que os efeitos mais significativos são os escolhidos acima já que estes são os mais

distantes da recta que passa pelos restantes pontos.

Assim sendo o modelo obtido usando a análise factorial para estimar o valor de pH é o indicado na

Equação 4.11.

𝑝𝐻�� = 4,368 − 0,252𝑥1 + 0,156𝑥2 − 1,157𝑥3 + 0,051𝑥2𝑥3 + 0,367𝑥4 + 0,215𝑥3𝑥4 Equação 4.11

Em que x1, x2, x3 e x4 correspondem a -1 ou +1 indicadores do nível dos factores A, B, C e D

respectivamente.

Usando o modelo determinaram-se os resíduos que apresentaram uma média de 6,9x10-16 e

variância de 0,011 e um mínimo de -0,162 e máximo de 0,095 com um R2 de 0,996. De seguida

traçou-se a normal probability plot normalizada (Figura 4.20) que se mostra aceitável pois os resíduos

seguem aproximadamente uma linha recta e foi também feita a estandardização dos resíduos

obtendo-se uma média de 6,6x10-15, variância de 1 e 100% dos resíduos no intervalo [-2;2].

C A

BC B

CD D

-2,5-2

-1,5-1

-0,50

0,51

1,52

2,5

-2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1Efeito

zi

54

Page 67: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Figura 4.20 – Normal probability plot normalizada para os resíduos após aplicado o modelo da Equação 4.11.

Finalmente traçaram-se os resíduos em função do valor de pH obtido e estimado e conclui-se (Figura

4.21) que estes não são oblíquos e aproximadamente homocedásticos.

Figura 4.21 – Dispersão dos resíduos, εi, obtidos para o modelo apresentado pela análise factorial em função do pH.

Após a análise dos resíduos há bons motivos para considerar que estes são bem comportados. O

“modelo” proposto pela análise factorial determinou quais as combinações de factores mais

importantes de pH, contudo este modelo não contempla termos quadráticos ou de ordem superior,

como se supõe ser necessário e é baseado apenas em estudos laboratoriais pelo que as receitas

reais podem ter valores de variáveis independentes bastante diferentes dos simulados.

4.2.4 Análise dos Modelos de Acidez

Após as análises mais elementares indicarem que há necessidade de os modelos contemplarem

termos quadráticos decidiu recorrer-se à regressão linear múltipla para modelar o pH nestes termos.

Dispondo de 48 receitas de fases aquosas, 24 simuladas em laboratório e 24 da produção, fizeram-se

modelações combinando os conjuntos de pontos de forma a aumentar o leque de amostras.

-2,5-2

-1,5-1

-0,50

0,51

1,52

2,5

-0,2 -0,15 -0,1 -0,05 0 0,05 0,1 0,15

z i

εi

01234567

-0,2 -0,15 -0,1 -0,05 0 0,05 0,1 0,15

pH

εi

pH obtido

pH previsto

55

Page 68: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Começou por se aplicar a metodologia da regressão linear múltipla (aos 4 ingredientes principais)

descrita no capitulo 2.3.1 para a modelação linear do pH (modelação A – Equação 4.12) usando as

24 receitas da produção (pH Produção [Linear]), as 24 receitas simuladas em laboratório (pH

Laboratório [Linear]) e a totalidade das 48 amostras (pH Misto [Linear]) e para todos estes obtiveram-

se os parâmetros estatísticos indicados na Tabela 4.9.

𝑝𝐻 = 𝛽0 + 𝛽1𝑥1 + 𝛽2𝑥2 + 𝛽3𝑥3 + 𝛽4𝑥4 + 𝜀 Equação 4.12

As variáveis independentes são introduzidas sob a forma de fracção mássica dentro da fase aquosa e

os xi correspondem a: x1=soro de leite, x2=sal, x3=ácido cítrico, x4=sorbato de potássio. Na Tabela 4.8

estão representadas as gamas de cada ingrediente usadas nas modelações para cada conjunto de

pontos.

Tabela 4.8 – Gamas de fracções mássicas usadas para cada ingrediente nas modelações.

Soro de Leite Sal Ácido Cítrico Sorbato de Potássio Mínimo Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo

Produção 0,000 0,031 0,000 0,156 0,001 0,007 0,001 0,006 Laboratório 0,003 0,030 0,005 0,158 0,000 0,006 0,001 0,006

Misto 0,000 0,031 0,000 0,158 0,000 0,007 0,001 0,006

Tabela 4.9 – Dados estatísticos para a modelação linear do pH das fases aquosas, para receitas da produção (24 amostras), receitas simuladas em laboratório (24 amostras) e combinação de ambas-

misto (48 amostras). Os valores de pH das 48 receitas situam-se entre 2,3 e 6,3.

Modelação A

R2 με σ²ε Obliquidade Curtose

pH Produção [Linear]

0,927 -3,20E-14 1,43E-02 4,01E-01 4,31E-01

pH Laboratório

[Linear]

0,900 8,33E-16 1,68E-01 -3,10E-01 -2,86E-01

pH Misto [Linear]

0,827 6,11E-15 1,44E-01 1,11E+00 1,49E+00

Para as modelações lineares obtiveram-se R2 razoáveis e média dos resíduos praticamente nula. Os

valores observados para a obliquidade e para o curtose mostram que o modelo pH Misto [Linear] é

aquele que mais se afasta da normalidade, já que quanto mais próximos forem estes valores de zero,

mais semelhante à normal é a distribuição dos resíduos. Dos modelos lineares da produção e do

laboratório destaca-se o de laboratório já que tem uma cauda pesada à esquerda (obliquidade

negativa) fazendo a previsão de pH por defeito como é preferível nestes casos. Contudo os erros

estão mais dispersos, ou seja mais afastados do zero (valor esperado).

56

Page 69: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

O passo seguinte foi introduzir no modelo os termos quadráticos para todos os ingredientes e todas

as interacções dois a dois possíveis (modelação B – Equação 4.13). A nomenclatura usada para a

identificação dos modelos foi a mesma, substituindo a referência linear por não linear e os parâmetros

estatísticos estão apresentados na

Tabela 4.10.

𝑝𝐻 = 𝛽0 + 𝛽1𝑥1 + 𝛽2𝑥2 + 𝛽3𝑥3 + 𝛽4𝑥4 + 𝛽5𝑥12 + 𝛽6𝑥22 + 𝛽7𝑥32 + 𝛽8𝑥42 + 𝛽9𝑥1𝑥2+ 𝛽10𝑥1𝑥3 + 𝛽11𝑥1𝑥4 + 𝛽12𝑥2𝑥3 + 𝛽13𝑥2𝑥4 + 𝛽14𝑥3𝑥4 + 𝜀

Equação 4.13

Tabela 4.10 – Dados estatísticos para a modelação não linear do pH das fases aquosas, para receitas da produção (24 amostras), receitas simuladas em laboratório (24 amostras) e combinação

de ambas-misto (48 amostras). Os valores de pH das 48 receitas situam-se entre 2,3 e 6,3.

Modelação B

R2 με σ²ε Obliquidade Curtose

pH Produção [Não Linear]

0,975 6,43E-12 1,06E-02 -4,60E-02 5,30E-01

pH Laboratório [Não Linear]

0,976 -1,85E-16 8,44E-02 1,19E-01 -5,47E-01

pH Misto [Não Linear]

0,951 5,65E-14 1,47E-02 -3,94E-01 -6,66E-01

Para as modelações não lineares obtiveram-se R2 bastante bons e média dos resíduos praticamente

nula. Para a obliquidade e para o curtose obtiveram-se valores próximos de zero que demonstram

uma aproximação do comportamento dos resíduos á normalidade. O modelo não linear com amostras

do laboratório deve ser evitado já que tem tendência a prever o pH por excesso (obliquidade >0).

Analisando os dados estatísticos para a modelação não linear conclui-se que dos três apresentados o

que é mais indicado para a situação em estudo é o baseado em dados da produção.

Comparativamente aos modelos lineares, os não-lineares apresentam um aumento no R2, valores

médios igualmente baixos, variâncias inferiores e globalmente obliquidade e curtose mais próximos

da distribuição normal. Acrescentar os termos não lineares e interacções entre ingredientes parece

ter ajudado a melhorar o modelo de previsão do valor de pH.

Dado que se sabe que o pH é uma função logarítmica da concentração de H+ tentou obter-se um

modelo para esta, aplicando posteriormente o operador logarítmico para a obtenção do pH. O modelo

foi posteriormente sujeito a uma transformação para obtenção do valor do pH. No entanto, ao

modelar a [H+] verificou-se a existência de um problema. O melhor modelo para a [H+] não é o melhor

modelo para o pH. Esta discrepância deve-se ao facto do operador logarítmico não ser linear, sendo

que minimizar a SQE para [H+] não corresponde a minimizar o SQE para pH. Os erros a pH mais alto

são “ampliados” enquanto que aqueles a pH mais baixo são “reduzidos”. Este comportamento é

57

Page 70: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

ilustrado na Figura 4.22 em que à esquerda se representa uma função f com um comportamento

linear descendente e a sua respectiva recta de ajuste g. À direita está a transformação destas para o

espaço logarítmico onde se verifica a correcta modelação dos pontos com z mais baixo e uma falha

do modelo a z mais alto.

Assim sendo, para resolver este problema, é necessário minimizar a SQE de –log ([H+]) e não da [H+].

Figura 4.22 – Exemplo genérico do problema matemático no ajuste de pontos quando é feita uma transformação de espaço linear para logarítmico.

Minimizar o SQE do –log ([H+]) num problema de modelação da [H+] impossibilita o uso directo da

metodologia descrita no capítulo 2.3.1 porque esta maximiza o R2 da variável dependente, neste caso

a [H+]. Para contornar esta dificuldade recorre-se ao Solver do Excel que permite escolher uma célula

objectivo arbitrária. Esta ferramenta dá três opões de cálculo: LPSimplex (Linear) que não se aplica

devido à transformação logarítmica, o GRG não linear que apesar de parecer o mais indicado dá erro

porque vai colocar algumas [H+] em valores negativos de forma a optimizar o R2 e deste modo não

converge e uma terceira hipótese que é o método evolucionário que descarta soluções que dão erro e

que através da utilização de populações suficientemente grandes, de repetidos ajustes aos limites

dos coeficientes de regressão, de mutações e de correr várias vezes o método, obtém uma solução

que corresponde a um mínimo local de SQE sem garantia que este seja o mínimo global.

Usando o Solver do Excel na opção de cálculo evolucionário obtiveram-se os parâmetros estatísticos

da Tabela 4.11. A modelação C corresponde ao ajuste da Equação 4.14 e a D ao ajuste da Equação

4.15.

−log10[𝐻+] = −log10[𝛽0 + 𝛽1𝑥1 + 𝛽2𝑥2 + 𝛽3𝑥3 + 𝛽4𝑥4 + 𝜀] Equação 4.14

−log10[𝐻+] = −log10[𝛽0 + 𝛽1𝑥1 + 𝛽2𝑥2 + 𝛽3𝑥3 + 𝛽4𝑥4 + 𝛽5𝑥12 + 𝛽6𝑥22 + 𝛽7𝑥32

+ 𝛽8𝑥42 + 𝛽9𝑥1𝑥2 + 𝛽10𝑥1𝑥3 + 𝛽11𝑥1𝑥4 + 𝛽12𝑥2𝑥3 + 𝛽13𝑥2𝑥4+ 𝛽14𝑥3𝑥4 + 𝜀]

Equação 4.15

58

Page 71: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Tabela 4.11 – Dados estatísticos para a modelação linear e não linear da [H+] das fases aquosas, para receitas da produção (24 amostras), receitas simuladas em laboratório (24 amostras) e

combinação de ambas-misto (48 amostras). Os valores de pH das 48 receitas situam-se entre 2,3 e 6,3.

R2 με σ²ε Obliquidade Curtose

Modelação C

[H+] Produção [Linear]

0,856 -4,315E-08 2,839E-02 -2,945E-01 -7,706E-01

[H+] Laboratório [Linear]

0,726 -2,304E-05 4,619E-01 -3,486E-01 -5,205E-03

[H+] Misto [Linear]

0,712 -6,864E-07 2,395E-01 -5,471E-01 1,702E+00

Modelação D

[H+] Produção [Não Linear]

0,980 -3,030E-04 8,273E-03 -5,441E-01 6,104E-01

[H+] Laboratório [Não Linear]

0,942 -3,805E-02 2,051E-01 -1,077E+00 2,718E+00

[H+] Misto [Não Linear]

0,915 -3,477E-03 9,166E-02 -1,991E+00 5,737E+00

Para as modelações da concentração de H+ obtiveram-se R2 bastante baixos para os modelos

lineares e de aceitável a bom para os não lineares. Os valores médios apresentam valores baixos

mostrando uma boa proximidade á distribuição normal. A variância apresenta em alguns casos

valores superiores comparativamente à modelação B, sendo que isso um indicador que os resíduos

se encontram mais dispersos relativamente à média. Todos os modelos estão a prever o pH por

defeito, contudo os modelos lineares têm um comportamento mais próximo da distribuição normal.

Finalmente modelou-se o pH e a [H+] na forma não linear para o conjunto de 33 amostras,

provenientes das 48 indicadas anteriormente, para as quais o pH está dentro do intervalo usado nas

receitas da FIMA (3,6 a 5,1). Ou seja, das 48 amostras iniciais para as quais o pH variou de 2,3 a 6,3

foram eliminadas aquelas para as quais foi obtido um pH inferior ou superior ao que normalmente é

obtido nas receitas da FIMA. Os resultados para o tratamento dos resíduos em cada caso

apresentam-se na Tabela 4.12.

Tabela 4.12 – Dados estatísticos para a modelação não linear do pH e da [H+] para o conjunto das 33 receitas (24 da produção e 9 do laboratório) que retratam os pH dentro do intervalo produzido na

FIMA (3,6 a 5,1 – com uma tolerância de 0,1).

R2 με σ²ε Obliquidade Curtose

pH Misto FIMA [Não Linear]

0,951 5,649E-14 1,471E-02 -3,936E-01 -6,659E-01

[H+] Misto FIMA [Não Linear]

0,947 -3,330E-04 1,585E-02 -4,406E-01 7,025E-02

59

Page 72: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Obtêm-se para estes modelos R2 bons, média do erro aproximadamente nula, variância reduzida,

obliquidades indicativas de que os modelos vão prever o pH por defeito, já que não sendo nulos como

desejável, prevêem pelo menos por defeito como pretendido nestes casos e valores de curtose

também razoavelmente próximos de zero. A eliminação dos pontos de pH demasiado baixo e

demasiado alto para fases aquosas de margarinas parece ter melhorado o comportamento dos

resíduos dos modelos de previsão de pH.

Avaliando conjuntamente a Tabela 4.9, Tabela 4.10, Tabela 4.11, e Tabela 4.12 pode verificar-se que

os resíduos têm um bom comportamento não havendo desvios significativos à normalidade. Pelo

facto de todas aproximações à obtenção destes modelos indicarem a necessidade de incluir termos

quadráticos deve evitar-se o uso dos modelos em que estes termos não foram incluídos, esta

afirmação é ainda confirmada pelo facto de todos os ajustes lineares possuírem (comparativamente),

baixos R2. Deve igualmente evitar-se o uso dos modelos em que foi feito o ajuste dos 48 pontos pois

como o objectivo deste trabalho era modelar o valor do pH das fases aquosas das receitas da FIMA

(actuais e futuras), ao incluir nesse ajuste pontos que têm pH muito inferior ou superior ao que a

margarina pode ter, induz o modelo em erro, pois o ajuste é feito tendo em conta pontos hipotéticos

que não fazem sentido na realidade da FIMA. O erro de modelação é agravado pelo facto de a

amostra ser muito pequena. Dos 14 modelos inicialmente propostos sobram assim 6 (os 4 não

lineares para a produção e laboratório e os resultantes da eliminação dos pontos fora do range da

FIMA) que devem ser analisados caso a caso por recurso aos intervalos de previsão (Equação 2.17).

Os coeficientes de regressão dos modelos e os erros máximos e mínimos determinados em cada um

deles são apresentados no Anexo B. Os modelos que se sugere não serem usados para a previsão

do pH são os que apresentam erros mais elevados (positivos), apoiando a hipótese.

4.2.5 Calculador de pH

O calculador de pH desenvolvido tem o interface de utilizador ilustrado na Figura 4.23.

Figura 4.23 – Interface para o utilizador do calculador de pH.

60

Page 73: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

É pedido ao utilizador que introduza as percentagens mássicas que cada ingrediente ocupa no seio

da fase aquosa, à excepção da água que é determinada por cálculo automático (variável

dependente). Estas, por opção do utilizador, podem ser introduzidas em mother solution ou no estado

puro alterando o selector no topo da coluna dos ingredientes, sendo que o calculador para os cálculos

converte a mother solution para ingrediente puro, caso seja esta a seleccionada. O utilizador escolhe

ainda em percentagem, o nível de confiança desejado, podendo este tomar qualquer valor, para o

cálculo dos intervalos de previsão. Finalmente o utilizador escolhe no lado direito da aplicação o

modelo com que quer que seja calculado o valor de pH da receita inserida. Para cada modelo o

calculador indica os parâmetros estatísticos relevantes e passando o cursor sobre cada um deles

indica o seu significado.

Por vezes aparece a indicação #NUM!, indicando uma possível perda de precisão de cálculo devido à

inversão de matrizes quase singulares (determinante quase nulo), sendo por isso um problema mal

condicionado, ou seja, que não reúne as condições para ser resolvido numericamente.

De seguida fez-se a inversão do modelo preditivo para obter a percentagem mássica de ácido cítrico

dando como input o pH e obteve-se o interface da Figura 4.24.

Figura 4.24 – Interface para o utilizador do calculador de pH invertido para o cálculo da percentagem mássica de ácido cítrico.

Este calculador mantém as percentagens dos ingredientes principais dadas pelo utilizador e calcula o

ácido cítrico necessário para atingir o pH desejado. A percentagem mássica de ácido cítrico a

adicionar é retirada da percentagem original da água. Contudo a variação da percentagem de água

não é significativa dado que a percentagem de ácido cítrico é muito inferior por comparação.

Verificação

Uma nova receita pode ser testada em todos os modelos para avaliar, em cada um, os prós e os

contras de fazer a previsão de pH através desse ajuste. Como primeira aproximação (árvore de

decisão) sugere-se que, se se conseguir detectar que a receita para a qual está a ser feita a previsão

é muito semelhante a uma das receitas usadas num dos ajustes, se use directamente esse modelo

61

Page 74: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

para prever o pH. Caso tal não seja possível devem testar-se inicialmente os modelos pH Misto FIMA

[Não Linear] e [H+] Misto FIMA [Não Linear] para a nova receita. De seguida, de forma a confirmar se

algum dos valores de pH estimado coincide com o determinado por outro modelo testam-se os outros

4 modelos de ajuste não linear.

De forma a confirmar o funcionamento do calculador testaram-se duas receitas conhecidas (receita A

e receita B) pertencentes à produção mas que não pertencem ao conjunto de pontos incluídos nas

amostras usadas na modelação e obtiveram-se os intervalos de valor de pH previstos indicados

Tabela 4.13 e Tabela 4.14.

Tabela 4.13 – Intervalos de previsão obtidos no calculador de pH para a receita A (pH=3,8) em cada um dos 6 modelos mais relevantes.

Erros pH mínimo

previsto pH previsto

pH máximo previsto

pH Produção (Não Linear) 3,39 3,7 4,0

pH Laboratório (Não Linear) -1582986,95 3,67 1582994,29

[H+] Produção (Não Linear) 3,59 3,70 3,85

[H+] Laboratório (Não Linear) -3,92 3,49 #Num!

pH Misto FIMA (Não Linear) 3,39 3,69 3,99

[H+] Misto FIMA (Não Linear) 3,65 3,79 4,00

Tabela 4.14 – Intervalos de previsão obtidos no calculador de pH para a receita B (pH=4,4) em cada um dos 6 modelos mais relevantes.

Erros pH mínimo

previsto pH previsto

pH máximo

previsto

pH Produção (Não Linear) 4,30 4,56 4,81

pH Laboratório (Não Linear) #Num! 5,13 #Num!

[H+] Produção (Não Linear) 4,11 4,53 #Num!

[H+] Laboratório (Não Linear) #Num! 4,12 #Num!

pH Misto FIMA (Não Linear) 4,31 4,59 4,86

[H+] Misto FIMA (Não Linear) 4,07 4,55 #Num!

62

Page 75: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

A receita A tem um valor de pH real médio de 3,8 e os pH previstos pelos modelos variam de 3,49 a

3,79.

A receita B tem um valor de pH real médio de 4,4 e os valores de pH previstos pelos modelos variam

de 4,12 a 5,13. Os modelos que prevêem estes extremos correspondem aos modelos ajustados aos

ensaios laboratoriais, pelo que é de esperar que sejam aqueles que vão cometer maior erro na

determinação correcta de pH. Os 4 restantes modelos prevêem um pH entre 4,5 e 4,6, ou seja por

excesso quando comparado com o real como é indesejável nestes casos.

4.3 Ferramenta de Apoio ao Aproveitamento de Sobras de Fases Aquosas

O software para o aproveitamento de fases aquosas de sobra de batch anterior foi desenvolvido no

sentido de constituir para os operadores da sala de controlo uma ferramenta eficiente e simples.

Assim, o interface implementado é de fácil utilização para que possa ser usado mesmo por pessoal

com pouco treino. Foi desenvolvido em Excel com recurso a VBA, já que este programa é

actualmente empregue em outras tarefas na sala de controlo e os operadores já se sentem à vontade

com a utilização do mesmo.

63

Page 76: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

4.3.1 Fluxograma

O fluxograma seguinte ilustra o funcionamento da aplicação desenvolvida para o aproveitamento de

fases.

Entradas

Calcular quantidade mínima que pode

ser preparadaA

A ≤ P

IncompatibilidadeNão aproveitar a

sobraNão

Calcular custo do excesso

VE

VE < VS Não

Aproveitar a sobra em nTA tanques e

preparar R adicional de produto

Calcular quantidades de ingredientes a adicionar por

tanque de aproveitamento

SQuantidade

de sobra

RDReceita de

destino

RO e RD compatíveis?

Sim

Calcular custo da sobra

VS

Calcular excesso a produzirE = A − P

Custo ElevadoNão aproveitar a

sobra

Aproveitar a sobra em nTA tanques

Calcular quantidades de ingredientes a adicionar por

tanque de aproveitamento

Calcular número de tanques de

aproveitamentonTA = ⌈A / CT⌉

Sim

Calcular número de tanques de

aproveitamentonTA = ⌈A / CT⌉

Quantidade restante a produzir

é zeroR = 0

CTCapacidade dos tanques

ROReceita de

origem

PQuantidade

de produto a preparar

nTA × CT ≥ P

Calcular quantidade restante a produzirR = P − nTA × CT

Sim Não

Sim Não

Figura 4.25 – Fluxograma da aplicação desenvolvida em Excel para o aproveitamento de fases aquosas das receitas da FIMA.

64

Page 77: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

O software recebe como variáveis de entrada a receita de origem (RO), a receita de destino (RD), a

quantidade de sobra em kg (S), a quantidade de produto a preparar em kg (P) e a capacidade dos

tanques em kg (CT). Todas estas variáveis são referentes à fase aquosa do produto.

Primeiramente o software testa a compatibilidade entre as receitas RO e RD. Para o efeito verifica-se

que todos os ingredientes presentes em RO também existem em RD. São excepções as vitaminas e

corantes e os aromas, que não provocam incompatibilidade, mas geram um aviso.

Caso não exista nenhuma incompatibilidade entre as receitas procede-se ao cálculo da quantidade

mínima a ser preparada da receita de destino localizando o ingrediente cuja razão de percentagem

mássica origem/destino é maior (Equação 4.16).

𝐴 = 𝑚𝑎𝑥 �%(𝑤 𝑤⁄ )𝑖

𝑜𝑟𝑖𝑔𝑒𝑚

%(𝑤 𝑤⁄ )𝑖𝑑𝑒𝑠𝑡𝑖𝑛𝑜, 0 < 𝑖 < 𝑛𝑖𝑛𝑔𝑟𝑒𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠� × 𝑆 Equação 4.16

Se a quantidade mínima a ser preparada for igual ou inferior à quantidade desejada, calcula-se o

número de tanques nTA pelos quais se terá de dividir igualmente a sobra – tanques de

aproveitamento. Seguidamente verifica-se se será ainda necessário utilizar mais tanques somente

com RD para obter a quantidade total desejada P e determina-se a quantidade R (R=P-nTA*CT).

Finalmente calcula-se a quantidade de cada ingrediente a adicionar por tanques de aproveitamento,

mi+ (Equação 4.17).

𝑚𝑖+ =

%(𝑤 𝑤⁄ )𝑖𝑑𝑒𝑠𝑡𝑖𝑛𝑜 × (𝑃 − 𝑅) − %(𝑤 𝑤⁄ )𝑖𝑜𝑟𝑖𝑔𝑒𝑚 × 𝑆

𝑛𝑇𝐴, 0 < 𝑖 < 𝑛𝑖𝑛𝑔𝑟𝑒𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 Equação 4.17

Caso a quantidade mínima a produzir seja superior à quantidade desejada é necessário verificar se o

custo da produção em excesso é superior ou inferior ao custo de despejar a sobra no esgoto. Para

tal, calcula-se a quantidade de excesso a produzir E e o respectivo valor VE desta com recurso ao

custo das matérias-primas envolvidas. De modo idêntico calcula-se o valor da sobra inicial VS. Se for

economicamente favorável produzir o excesso procede-se ao cálculo do número de tanques de

aproveitamento e às quantidades de cada ingrediente a adicionar nestes (Equação 4.17).

4.3.2 Interface da Aplicação

O interface de utilizador da aplicação encontra-se ilustrado na Figura 4.26.

Os selectores da receita de origem e da receita de destino permitem ao utilizador escolher de entre

as receitas disponíveis, aquela que corresponde à sobra e a que corresponde à de destino (que se

pretende produzir). De seguida, é necessário introduzir a quantidade em kg, da sobra de fase aquosa

da receita de origem e a quantidade também em kg da receita de destino que se pretende preparar.

Esta última é introduzida em termos de fase gorda por indicação da chefia, já que é esta a “unidade”

usada habitualmente (para os cálculos, o programa faz automaticamente a conversão para fase

aquosa). É ainda possível escolher a capacidade dos tanques de destino de entre as disponíveis.

65

Page 78: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

O calculador indica depois ao operador, numa mensagem de texto, a acção a tomar. Existem 3

mensagens distintas: Aproveitar a Sobra; Fases Incompatíveis – Deitar a sobra no esgoto; Custos

Elevados – Deitar a sobra no esgoto (Figura 4.27). É também apresentado um quadro com as

informações práticas do que deve ser feito, indicando este a quantidade de tanques com e sem sobra

que vão ser usados, se foi ou não preparada alguma quantidade em excesso e a quantidade restante

a produzir em kg para obter a quantidade desejada. A quantidade restante a produzir, isto é, a

quantidade sem sobra, é preparada da maneira usual através do programa usado na sala de controlo.

Figura 4.26 – Interface da aplicação desenvolvida para o aproveitamento de fases aquosas.

Figura 4.27 – Exemplos de mensagens informativas para os casos de aproveitamento de sobra

(cima), incompatibilidade de receitas (meio) e não aproveitamento por custos elevados (baixo).

66

Page 79: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Finalmente é apresentada a tabela com as quantidades de cada ingrediente a serem adicionados por

tanque de aproveitamento e a respectiva quantidade de sobra (Figura 4.26, tabela à direita). Nessa

tabela existem selectores para os componentes principais para que o operador possa optar por

adicionar os ingredientes puros ou em mother solution.

Quando a fase é incompatível os ingredientes responsáveis são destacados com o fundo a vermelho.

Quando um aproveitamento for feito recorrendo a tolerâncias o ingrediente tolerado é mostrado a

texto vermelho na tabela das quantidades finais (Figura 4.28). No caso em que o ingrediente seja um

aroma a percentagem que esse aroma toma no final da receita de destino é também calculado para

uma apreciação mais clara, e é também exibida uma mensagem para contactar a chefia (Figura

4.29).

Figura 4.28 – Exemplos da tabela de ingredientes a adicionar para o caso de tolerância num

ingrediente (à esquerda) e incompatibilidade de receitas (à direita).

Figura 4.29 – Exemplo da mensagem exibida ao operador quando existe uma incompatibilidade num aroma.

4.4 Interface da Ferramenta de Apoio para o Acerto da Água em Fases Aquosas

O utilizador escolhe a receita que pretende a partir do selector e introduz a quantidade de fase

aquosa a produzir. O software mostra uma tabela com as quantidades necessárias de cada

ingrediente e, para aqueles que são preparadas mother solutions, existe um selector para que o

utilizador possa optar por usar o ingrediente puro ou diluído. A opção escolhida no selector faz com

que imediatamente seja ajustada a quantidade de água (Figura 4.30). A utilização deste calculador

67

Page 80: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

nos casos em que sejam usados ingredientes puros evita que a quantidade de água no final seja

inferior à quantidade de projecto, levando a desvios na receita.

Figura 4.30 – Interface da aplicação desenvolvida para o acerto das quantidades de água. FA – Fase

aquosa.

68

Page 81: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Capítulo 5

CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS DE TRABALHO FUTURO

No final do trabalho de estágio obtiveram-se CRQS actualizados e em português e foi deixada

documentação em formato digital para que estes pudessem ser alterados de acordo com as

modificações impostas pela Unilever. Como as alterações ocorreram durante uma paragem na

produção foi possível implementar a metodologia CRQS a máquinas em que até à data esta ainda

não era usada. A base de dados de fotografias de produtos da FIMA revelou-se uma importante mais-

valia pois foi resolvida uma das queixas iniciais dos operadores que não identificavam os “seus”

produtos nos formulários CRQS.

A acção de formação que foi feita ajudou a consolidar os novos parâmetros a serem usados e o

exercício prático em grupos fez com que os formandos se sentissem à vontade para esclarecer

dúvidas. Esta formação é de inegável importância pois só se os operadores aplicarem correctamente

estas medidas é que os produtos vão chegar aos expositores nas suas melhores condições. Sugere-

se que esta formação seja repetida frequentemente, para actualizar os parâmetros e que seja feita a

todos os operários responsáveis directos pelo produto final ou não.

No sentido de responder às queixas de alguns operadores nomeadamente da falta de tempo para o

preenchimento eficaz dos formulários dos CRQS deve pôr-se a hipótese de indicar um responsável

único pela recolha de amostras e avaliação da qualidade aparente no sentido de possibilitar uma

melhoria da sua aplicação.

Depois das formações, seria importante tratar os dados (frequência e qualidade do preenchimento) e

cruzá-los com os dados de possíveis reclamações de forma a avaliar se a formação está a ter um

impacto positivo ou se há pontos/temas a melhorar.

Finalmente sugere-se uma alteração no formulário dos CRQS (Figura 5.1). O formulário actual é

composto por 6 colunas, cada uma dividida em 3 (verde, amarelo e vermelho) que são botões

seleccionáveis e que o operador pode preencher integralmente no botão “validar” (botão a verde no

canto superior esquerdo da Figura 5.1). Depois preenche apenas na linha correspondente se a

amostra tem algum defeito (amarelo ou vermelho). O que acontece é que o operador preenche

sempre os defeitos na coluna da 1ª amostra, ou seja, já que é indiferente para a classificação final e

as amostras não são numeradas, se o operador estiver a classificar, por exemplo, a sexta amostra e

detectar 1 defeito, não vai procurar a coluna correspondente à amostra 6, mas preenche na primeira

coluna disponível. O facto de só caberem 3 colunas integralmente no monitor do computador da linha

de produção é mais um factor que leva o operador a proceder desta maneira. Assim seria mais

69

Page 82: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

prático o formulário apresentar apenas 1 coluna dividida em 3 mas em vez de botões de selecção

tivesse caixas de texto editáveis onde o operador pudesse escrever o número de ocorrências de cada

tipo que foram detectadas. Eliminando o botão “validar” impede também que se façam

preenchimentos automáticos e imprecisos.

Figura 5.1 – Proposta de melhoria dos formulários CRQS. À esquerda está o usado actualmente e à

direita a proposta de alteração.

O pH foi modelado de várias formas e para todas elas foram obtidos elevados coeficientes de

regressão. A modelação foi feita tendo em conta as receitas e necessidades da FIMA nomeadamente

usar receitas apenas com valor de pH dentro do intervalo usado na produção e, não sendo possível

erros nulos, ter preferência por modelos que prevejam pH por defeito. As várias aproximações

indicaram a necessidade de inclusão de termos quadráticos e interacções entre ingredientes.

Procedendo desta forma fazendo a análise estatística de cada modelo observou-se que todos eles

apresentaram resíduos com distribuição normal. Dos casos observados conclui-se que os modelos

obtidos para o ajuste não linear à [H+] e ao valor de pH com eliminação dos pontos fora do range da

FIMA são aqueles que maioritariamente apresentam melhor intervalo de previsão. Contudo nenhum

dos modelos pode ser considerado “o melhor” já que se for introduzida uma receita com

percentagens mássicas muito próximas de uma das receitas simuladas, o ajuste laboratorial será

provavelmente a melhor modelação. No sentido de melhorar os modelos sugere-se como trabalho

futuro que sejam feitos mais ensaios de modo a aumentar o número de pontos em que os modelos se

baseiam. A ferramenta de cálculo de pH (e percentagem mássica de ácido cítrico) deve ser usada

com precaução, já que os ajustes são baseados num reduzido número de pontos e pelo facto de as

matrizes serem por vezes mal condicionadas, fazendo com que nem sempre seja possível o cálculo

com a precisão necessária. Sugere-se que se tentem resolver os problemas de estabilidade numérica

do método.

O calculador construído para o aproveitamento de fases aquosas constitui uma maneira rápida e

eficiente de calcular as quantidades que são necessárias adicionar a uma sobra para a converter na

fase aquosa de uma receita de destino. Permite também sem cálculos manuais proceder ao acerto da

água quando são adicionados componentes puros. Para que o operador introduza no programa de

forma mais exacta as quantidades presentes nos tanques (sobras) sugere-se a implementação de

70

Page 83: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

medidores de nível ou de ocupação dos tanques, já que actualmente as leituras são muito pouco

rigorosas em que operador olha para dentro do tanque e estima o seu enchimento. A longo prazo

aproveitamentos de sobra mais exactos vão levar a uma diminuição nos gastos de matérias-primas já

que serão evitados desperdícios. O calculador elaborado tem também em conta critérios económicos

na decisão do aproveitamento ou não da sobra, mas estes referem-se apenas aos custos das

matérias-primas. Numa situação ideal os critérios económicos deveriam contemplar também custos

energéticos (e.g. agitação, pasteurização), custos de enviar a sobra para o esgoto (taxas de

tratamento de águas), custos esses que foram omitidos no calculador elaborado, de forma a limitar a

complexidade da ferramenta.

71

Page 84: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Capítulo 6

REFERÊNCIAS

[1] Jerónimo Martins. (2013, Maio) Jerónimo Martins. [Online]. http://www.jeronimomartins.pt

[2] Microsoft Corporation. (2013, Maio) Bing Maps. [Online]. http://www.bing.com/maps/

[3] Vision Systems Design. (2012) Laser-based system captures crushed cartons. [Online].

http://www.vision-systems.com/articles/2012/02/laser-based-system-captures-crushed-

cartons.html

[4] Astre Abel Mepameia, "Avaliação e Desenvolvimento de Produtos Alimentares Excelentes na

Agro-indústria", Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa, Tese de

Mestrado em Tecnologia e Segurança Alimentar 2013.

[5] Bruno Santos Custódio, "Controlo Estatístico e Análise Multi-variada de um Processo Industrial

de Produção de Cremes para Barrar", Instituto Superior Técnico, Tese de Mestrado em

Engenharia Química 2009.

[6] Margarida Isabel Vieira Ramos, "Identificação e Monitorização de Factores de Variabilidade num

Processo Industrial de Produção de Cremes para Barrar - Composição e Pasteurização de

Fases", Instituto Superior Técnico, Tese de Mestrado em Engenharia Biológica 2010.

[7] IMACE. (2013) International Margarine Association of the Countries of Europe. [Online].

http://www.imace.org

[8] Richard D. O'Brien, Fats and Oils: Formulating and Processing for Applications, 3rd ed. Boca

Raton, FL, USA: CRC Press, 2010.

[9] SPX Corporation. (2012, Agosto) SPX. [Online]. http://www.spx.com/en/assets/pdf/pe-

1530_votsshe_wcb_tcm20-22650.pdf

[10] Group Quality Excellence - Unilever, Guidance for the CRQS Process, 2012.

[11] E. Esteves e C. Sousa, "Apontamentos de Análise de Dados e Planeamento Experimental",

Universidade do Algarve, Faro, 2007.

[12] Douglas C. Montgomery e George C. Runger, Applied Statistics and Probability for Engineers, 3rd

ed. Arizona: John Wiley & Sons, 2003.

72

Page 85: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

[13] A.V. Prokhorov. (2011, Fevereiro) Encyclopedia of Mathematics: Probability graph paper.

[Online].

http://www.encyclopediaofmath.org/index.php?title=Probability_graph_paper&oldid=11790

[14] Steve D. Jost. (2013, Dezembro) Linear Regression. [Online].

http://condor.depaul.edu/sjost/it223/documents/regress.htm

[15] Group Quality Excellence - Unilever, Quality Requirements for CRQS Photographs, 2011.

[16] Kimberlee J. Burrington, "Whey Protein Heat Stability", Dairy Research Institute, Technical Report

2012.

73

Page 86: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Anexo A TESTE USADO NO WORKSHOP

Produto Elemento Nome do Problema Avaliação

Planta para barrar o pão 250g Fundo

Fundo

Fundo

Tampo

Tampo

Envoltório – só papel

Fundo

Completa

Fundo

Fundo

Envoltório – só papel

Envoltório – só papel

Completa

Tampo

Envoltório

Envoltório

Envoltório

Figura A.1 – Exemplo de teste fornecido a um dos grupos no workshop de CRQS.

A.1

Page 87: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Anexo B PARÂMETROS DOS MODELOS DE pH

B.1

Page 88: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Tabela B.1 – Coeficientes de regressão parciais para os 14 modelos obtidos na previsão do valor de pH (a).

Nome β0 β1 β2 β3 β4 β5 β6 β7 β8 β9 β10 β11 β12 β13 β14

pH Produção (Linear) 4,46E+00 1,18E+01 1,41E+00 -2,08E+02 4,19E+01

pH Laboratório (Linear) 5,10E+00 1,44E+01 -2,90E+00 -4,06E+02 1,85E+02

pH Misto (Linear) 4,64E+00 1,53E+01 -2,51E+00 -3,43E+02 1,89E+02

pH Produção (Não Linear) 4,93E+00 -1,33E+01 1,20E+00 -6,00E+02 9,29E+01 -1,18E+03 -6,52E+01 1,21E+05 9,27E+04 9,68E+02 2,38E+04 -1,82E+04 2,88E+03 -1,97E+03 -1,81E+05

pH Laboratório (Não Linear) 5,78E+00 1,52E+01 -4,18E+00 -9,45E+02 1,05E+02 0,00E+00 0,00E+00 6,51E+04 0,00E+00 1,84E+01 1,32E+03 -1,90E+03 6,16E+01 2,26E+02 2,96E+04

pH Misto (Não Linear) 4,74E+00 1,30E+01 5,24E+00 -1,72E+02 -2,35E+02 -2,16E+02 1,86E+01 -3,09E+04 4,13E+04 -1,93E+01 -6,69E+02 1,19E+03 -2,83E+02 -1,41E+03 3,82E+04

[H+] Produção (Linear) 3,51E-05 -7,74E-05 -3,01E-04 1,66E-02 -1,40E-04

[H+] Laboratório (Linear) -9,95E-06 -1,40E-05 1,22E-05 3,90E-02 -1,62E-04

[H+] Misto (Linear) -8,39E-06 -1,57E-05 1,16E-05 3,44E-02 -1,84E-04

[H+] Produção (Não Linear) 5,03E-06 4,28E-03 -4,64E-04 3,52E-02 -1,11E-02 -8,75E-02 5,04E-03 5,11E+00 -5,45E+00 -4,35E-02 -3,63E+00 1,84E+00 6,03E-02 5,71E-02 7,71E+00

[H+] Laboratório (Não Linear) -3,44E-05 5,09E-06 4,16E-04 1,26E-01 1,81E-03 1,80E-04 -2,47E-03 3,46E+00 6,45E-01 -2,98E-04 -1,71E-01 5,86E-03 2,16E-02 -1,16E-06 -2,18E+01

[H+] Misto (Não Linear) -2,10E-05 2,43E-04 1,43E-04 7,15E-02 3,12E-03 -6,33E-03 -7,70E-04 4,85E+00 1,18E-01 -2,94E-04 -1,60E-01 1,39E-03 2,51E-02 -1,41E-03 -1,36E+01

pH Misto FIMA (Não Linear) 4,74E+00 1,30E+01 5,24E+00 -1,72E+02 -2,35E+02 -2,16E+02 1,86E+01 -3,09E+04 4,13E+04 -1,93E+01 -6,69E+02 1,19E+03 -2,83E+02 -1,41E+03 3,82E+04

[H+] Misto FIMA (Não Linear) -1,57E-05 -6,97E-05 -3,42E-04 3,89E-02 1,95E-02 -2,05E-02 2,09E-03 6,43E+00 -1,26E+00 1,06E-03 -3,90E-01 2,45E-01 1,22E-01 -6,13E-02 -1,16E+01

(a) Os coeficientes de regressão indicados são parâmetros das equações 4.12 a 4.15, da secção 4.2.4 – Análise dos Modelos de Acidez.

B.2

Page 89: Definição e Implementação de Estratégias de Melhoria ...quantidade de soro de leite fixa. pH = m*(volume de ácido cítrico – mL)+b..... 49 Tabela 4.5 - Rectas de ajuste às

Tabela B.2 – Erros absolutos máximos e mínimos, para os 14 modelos obtidos na previsão do valor de pH.

Erros Mínimo Máximo

pH Produção (Linear) -0,203 0,263

pH Laboratório (Linear) -0,813 0,689

pH Misto (Linear) -0,622 1,122

pH Produção (Não Linear) -0,156 0,125

pH Laboratório (Não Linear) -0,332 0,359

pH Misto (Não Linear) -0,378 0,396

[H+] Produção (Linear) -0,278 0,254

[H+] Laboratório (Linear) -1,335 1,127

[H+] Misto (Linear) -1,388 1,073

[H+] Produção (Não Linear) -0,130 0,103

[H+] Laboratório (Não Linear) -0,812 0,536

[H+] Misto (Não Linear) -0,959 0,397

pH Misto FIMA (Não Linear) -0,190 0,154

[H+] Misto FIMA (Não Linear) -0,230 0,184

B.3